物理を知れば人生が楽しくなる

物理に関することを記事にしています。高校の時好きだった物理を20年ぶりに勉強中。物理の楽しさを伝えていきたいです。。目指せ物理マスター。

波【物理に出てくる】パート1

こんにちは

たくおです。

 

波とは、何でしょう?

自分にとってはとても苦手な分野ですが、物理の本を参考にし、記述したいと思います。

自分と同じく 波 が苦手な人が波を知るきっかけになればなと思います。

 

波と聞くと海を思い浮かべますが、まさにあれが波です。

他の例で言うと、池に小石を投げ込むと小石を中心に波が出るのをイメージできるかと思います。

それも波です。

 

ここで、小石は波源となり、池の水は媒質となります。

つまり、

【波源】・・・波が発生する場所

【媒質】・・・波を伝える物体や物質のこと

となります。

ある現象の波源や媒質を考えることはとても重要です。

それを意識すると【波】について理解が深まり好奇心が増すと思います。

 

例えば、

歌の波源は歌い手の口であり、媒質は空気となります。

そして音が大きいことを波用語で【振幅】が高いと言い、

音が高いことを波用語で【波長】が短い。

音が低いことを【波長】が長いと言います。

つまり、

【振幅】・・・波の高さ

【波長】・・・波の一つの長さ

となります。

【波長】について少し追記すると、例えば、

ギターをイメージすると、

細い弦を鳴らすとキーンという高い音がでますが、太い弦をならすときより、

弦がはやく動いているのがイメージできると思います。

つまり、波長が短いということは、波長が長いときに比べて同じ時間で、

たくさん弦が振動することができ、その結果、音が高くなります。

 

もう少し波用語はあります。

覚えた方がより、会話がスムーズになったり、互いの理解の相違が少なくなるのではないかと思います。

他の波用語は、

【周期】・・・一つの波がどのくらいの時間で進むか。

【振動数】・・・1秒で何回波があらわれるか。

振動数が大きいと周期は短く(早く)なり、

振動数が大きいと波長が短くなる傾向にあります。

これは上のギターの例からイメージがつくと思います。

【干渉】・・・違う波同士が重なり、その結果波が強くなったり弱くなったりすること。

日常の会話の干渉という言葉は、悪い意味合いが強いですが、波ではそのパワーが条件によっては強くもなり弱くもなることがあります。

波は数字にするとわかりやすく、

波Aが高さ1で波Bが高さ1のとき重なると2になり、(1+1=2)

波Aが高さ1で波Bが高さ-1のとき重なると0になります(1-1=0)

人間同士の干渉はこの数字通り素直に計算できないかと思いますので、

人間の気持ちより波の方がよっぽどわかりやすいのではないかと感じます。

 

波用語について一通り書きましたが、なじみのある言葉もあるので、

覚えやすいかなと思います。

 

パート2のブログでは波についてもう少し踏み込んで説明したいと考えています。

 

以上、ご清聴ありがとうございました。

 

 

たくお

 

 

 

ここに書いてあるブログは個人的な見解のため、間違っていることがあるかもしれませんがご了承下さい。

 

 

 

 

 

 

【秘技】目隠ししてボールを避ける【力学的エネルギー保存則】

たくおです。

 

【力学的エネルギー保存則】を利用すれば目隠ししてもボールがよけられます。

 

まずは、【力学的エネルギー保存則】について簡単に説明したいと思います。

力学的エネルギーには、運動エネルギーと位置エネルギーがあります。

そして、力学的エネルギー保存則とは、

摩擦力や空気抵抗などの外力がはたらかないとき、力学的エネルギーの総和は常に一定であるということです。

 

式であらわすと、

(運動エネルギー) + (位置ネルギー) = 力学的エネルギー = 一定

となります。

 

運動エネルギーは、物体が早ければ早いほど。位置エネルギーは物体が高ければ高いほど。エネルギーが大きくなります。

なんとなくイメージはできるかと思います。

 

上の式によって、

ある物体の位置エネルギーが今の状態よりも小さくなると、運動エネルギーが大きくなり、逆に運動エネルギーが今の状態よりも小さくなると、位置エネルギーが大きくなるということがわかります。

 

例えば、

1.ボールが高いところに静止した状態であるとします。

これは位置エネルギーが高く、静止しているので運動エネルギーがありません。

この物体が落下すると、重力により、スピードが増します。

位置エネルギーが小さくなり、運動エネルギーが大きくなっています。

 

例えば、

2.サッカーボールを上に蹴り上げるところを想像して下さい。

ボールを蹴った瞬間はボールが早いので運動エネルギーが大きく、低い位置にあるので、位置エネルギーは低い状態です。

そしてボールが上がっていくと威力がなくなりいずれ止まります。

この状態が運動エネルギーがなくなった状態かつ位置エネルギーが最大となります。

 

力学的エネルギー保存則を知っていれば、より上の例の理解が深まると思います。

 

そして、力学的エネルギー保存則をさらに理解すると、物体の動きの予測をもっと具体的にとらえることができます。

どの高さからボールを落とせば、どのくらいの時間で地面につくのか。そして最大スピードはどうなるかなど、数値でとらえることができます。

それらを駆使すれば、

題目にもある通り、上から落ちてくるボールを目隠ししていても、顔にあたる直前に

ボールを避けることができます。

まさに【秘技】です。

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ギリギリで避けられるかな。

 

 

機会があれば今度実験しようと思います。

 

今日はここまで!

それではまた!

コメントどしどしお待ちしております。

 

ここに記載しているのは個人的な見解です。間違っていることもあるかもしれません。

ご了承下さい。('ω')ノ

 

 

 

 

 

 

 

 

【力のモーメント】公園で体重当て【プロレス】

たくおです。

もし今、ジュニアヘビー級かヘビー級かわからないプロレスラーと散歩していた場合、近くにシーソーのある公園に行って下さい。
そうすればジュニアヘビー級かヘビー級かわかるかもしれません。

そうするには物理の力を利用します。
【力のモーメント】を使って上の問題を解決したいと思います。

さて、【力のモーメント】とは、
剛体を回転させるはたらきの強さ。
計算式で表すと、
力のモーメント=
力の大きさ × 力に垂直なうでの長さ

シーソーでいうと
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体重が重いほど、うでの長さが長いほど、
【力のモーメント】は大きくなります。
つまり、
回転しやすくなるということです。
そして、
【力のモーメント】が同じ場合、力がつり合います。
つまり、
シーソーは動きません。

以上のことから、【力のモーメント】を使用し、
散歩してる人がジュニアヘビー級かヘビー級かを当てましょう。

あなたが体重50kgの場合、中心から1mの位置に座って下さい。
そして、相手を0.5mの位置に座ってもらいましょう。

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すると、どういうことがおきるでしょうか。

上述した通り、
力のモーメントは、
力の大きさ × 力に垂直なうでの長さ
です。

つまり、あなたの力のモーメントは現在、
50×1=50 です。

仮に相手が100kgの場合、
相手の力のモーメントは、
100×0.5=50
です。
つまり、
相手が100kgだった場合は力のモーメントがつり合いシーソーは動きません。
100kg未満だと、あなたの力のモーメントの方が大きくなるので、あなたは下向きに回転します。
100kgを越えていたら、あなたの力のモーメントの方が小さくなり、あなたは上向きに回転します。

以上のことから、ジュニアヘビー級かヘビー級かを見事当てることができます。
もし同じ機会がありましたら、是非試して下さい。
いつその機会が訪れても良いよう周辺の公園をチェックしておくのも良いかと思います。


今日はここまで!

それではまた!

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ここに記載しているのは個人的な見解です。間違っていることもあるかもしれません。ご了承下さい。('ω')ノ

【プロレス】【摩擦力】がないと戦いにならない??

たくおです。


プロレスのリングから摩擦力がなくなってしまうと、非常に戦いづらくなることがわかりました。
ただ、頑張れば戦えるかもしれません。

まず、摩擦力とは何かというと、

摩擦力・・・物体の動きを妨げようとする力

聞こえは悪いですが、これがプロレスにないと致命的になります。とても重要な力です。

プロレスのリングに立っていると想像して下さい。
目の前には、対戦相手が鋭い目つきでこっちを睨んでいます。
相手に向かって歩き、押そうとします。が、少しくらいの力ではビクともしません。これは、リングとシューズの間に摩擦力があり、押す力がそれを超えない限り動きません。
摩擦力の大きさは、体重とリングの材質及びシューズの材質で決まってきます。
リングの材質及びシューズの材質が同じであれば、ジュニアヘビー級より体重の重いヘビー級レスラーの方が動かすには押す力が必要だと、容易に想像できると思います。
これは、摩擦力の違いによるものだったのです。

さて、リングに摩擦力がないとどうなるでしょうか。

再び、プロレスのリングに立っていると想像して下さい。
目の前には、対戦相手が鋭い目つきでこっちを睨んでいます。
相手に向かって歩き、押そうとします。
が、しかし、
押そうとする前にまず、歩くことができません。
歩くときには、普段あまり意識はしないと思いますが、リングに向かってぐっと力を入れて歩きます。
歩くには力を入れる必要があるのですが、摩擦力がないため、この力をリング側が受け取ってくれません。
つまり摩擦力があるからこそ普通に歩けることができます。
これでは、相手に近づくことが出来ません。さてどうすれば相手に近づけることができるでしょうか。

ここで物理の力を使います。
ちょびっと難しくなりますが、
【運動量保存則】というものを利用します。
どういうことかと言うと、
作用・反作用の力のみがはたらく物体の運動量の総和は保存される。
ということなのですが、わかりやすい例で言いますと、
ロケットはガスを勢いよく吹き出して飛びます。
ガスは下に吹き出してロケットは上に飛びます。
止まっているものが動いているので、一見運動量は変化してると感じますが、ガスは下向きでロケットは上向きなので、運動量の総和としては、止まっているときと変わっていません。
これが、
【運動量保存則】ということです。
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ロケットは運動量保存則を利用して飛びます

それではこれを頭に入れて、再び、
プロレスのリングに立ってると想像して下さい。
目の前には、対戦相手が鋭い目つきでこっちを睨んでいます。
相手に向かっていきたいです。
【運動量保存則】を利用しましょう。
何か身につけているものがあれば、それを相手と逆方向にエイッと投げましょう。
するとあら不思議、投げた方向と逆方向。つまり相手に向かってスーッと動きます。
それでは何を投げるか、
Tシャツを着ていたらそれを脱いで投げましょう。
Tシャツを着ていなかったらどうするか。
あなたがマスクマンだったらそれを脱いで投げましょう。
ただし、正体がばれてしまいます。



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お前たくおだろ

この後、どういう試合展開になったか。
ご想像におまかせします。


今日はここまで!

それではまた!

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【浮力】ぽっちゃりしてる方が水に浮きやすい??【アルキメデスさん】

たくおです。

ガリガリの人よりぽっちゃりしてる人の方が、水に浮きやすいと良く言いますが果たして本当なのでしょうか。
調べたところ次のことがわかりました。

むか〜しむかし、今から2200年以上前、あるところにアルキメデスさんというひとが住んでいて、そのひとが誰が命名したかわかりませんが、アルキメデスの原理というものを発見しました。



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アルキメデスさん

その原理というのは、

流体中の物体が受ける浮力は、その物体が押しのけた流体の重さ(重力)と同じ大きさである。

つまり、
物体が押しのけた流体の重さ⇒押しのける体積が大きければ大きいほど浮力が大きくなるということです。

そしてつまり、
ガリガリのひとより、ぽっちゃりのひとの方が体積は大きいので、ぽっちゃりのひとの方が浮力が大きくなります。

しかし注意しなければいけないのは、
脂肪量、筋肉量関係なく、体積が同じであれば、受ける浮力は同じになります。
一般的に筋肉量多い方が体重重くなる傾向にあるので、同じ体積のひとでも脂肪が多い方が浮きやすくなります。

つまり、ぽっちゃりしてて、脂肪が多いひとの方が浮きやすいということになります。

このアルキメデスの原理は2200年以上経った今でも変わらず使われ続けています。
アルキメデスさん。偉大だと思います。



今日はここまで!

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張りてかチョップか【圧力】で解決

たくおです。

ピンポン玉を手で打って遠くに飛ばしたいのですが、手のひらに当てて打つか、チョップで打つか悩んでいます。
一発勝負なので、試すことができません。

手のひらで打つ場合もチョップで打つ場合も同じ力だとしたら、どっちの方が効率良くピンポン玉に大きな力を伝えることができるでしょうか。
大きな力を伝えられた方がピンポン玉は遠くまで飛びそうです。

高校のときに勉強した物理で何とか答えを導き出せないのか考えてみました。






圧力!!

 

圧力の式が使えないでしょうか。
圧力の式と言えば、

P=F/S

それぞれのアルファベットの意味は、
P は、圧力
Fは、力
Sは、面積 です。

ここで、圧力とは、
単位面積あたりに垂直にはたらく力 のことです。

単位面積と言われると少し難しく聞こえてしまいますが、例えば、10たくおの力が10m2に垂直にはたらくとき、1m2あたり何たくおの力を受けますか。

(たくおはオリジナル単位です)

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たくおは実際には一人しかいません。

答えは1m2あたり1たくおです。

 

感覚的にわかると思いますが、
実際には上の式を使っています。

1たくお/m2=10たくお/10m2

となります。

(たくお/m2はオリジナル単位で、1m2あたり何たくおかということです。)

この圧力が大きければ大きいほど、ピンポン玉に大きく力を伝えられそうです。

この上の式を使って、手のひらで打つかチョップで打つか決められないでしょうか。

もう一度式を書くと、

P=F/S
です。

Pを大きくするにはどうしたらいいでしょうか。
力は同じ。つまりFは同じとして、

この式よりSを小さくすればPは大きくなりそうです。

手のひらとチョップでは、どちらがSが小さくなりそうでしょうか。
つまり面積です。

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チョップの方が小さそう。

このことより、チョップの方がピンポン玉を遠くに飛ばせそうです。
仮にチョップの面積が手のひらの1/2としたら






Pは2倍になり、2倍遠くに
飛ぶのでしょうか。

では果たして本当にその通りになるのか。
機会があれば実験してみたいと思います。


今日はここまで!

 

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【弾性力】を考えてみる

どーも。

 

たくおです。

 

みなさん、弾性力(だんせいりょく)という言葉はご存じでしょうか。
高校の物理の教科書に出てきます。
一体どういった力なのかもう一度勉強してみました。

 

男性力とは書きません。
弾性力と書きます。

 

【弾む】という漢字が入っている通り、弾む力の強さを表します。

 

バネを想像して下さい。
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こういう感じのバネが想像できるかと思います。

 

このバネを手で縮めたり伸ばしたりして手を離すとビヨ〜ンとなると思います。
バネの大きさや巻き加減、材料によって、ビヨ〜ンが小さくなったり大きくなったりすると思いますが、ざっくりこのビヨ〜ン加減を弾性力と言います。
そして物理の世界ではこのビヨ〜ン加減が計算で導き出すことができ、どのくらいの力を加えたらどのくらい縮むか伸びるかというのが求めることができます。

例えば、あるバネに人形をぶら下げるとどのくらいバネが伸びるということが、実験をしなくても計算で導き出すことができます。

 

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どのくらい伸びるかな。


計算するには簡単な一つの式だけがあればできます。


式 : F=kx

 

Fは力です。

上の絵で言うと人形にかかる重力になります。

kはばね定数と呼び、この値が大きければ大きいほど、ビヨ〜ン加減が大きくなります。


つまり、この値が大きければ大きいほど、バネは伸びにくく、縮みにくくなります。

xは、バネがどのくらい伸びたかという数値です。

この式から読み取れることは、同じバネだと、ぶら下げるものが重ければ重いほどバネが伸びるということです。
これは簡単に想像できると思います。


それでは、重さによってどの程度伸びは変わってくるのか。

これも式から読み取ることができ、例えばある重さのものが5cm伸びるとしたら、2倍の重さのものは5cmの2倍の10cm伸びます。
そして3倍であれば3倍伸び、5倍だと5倍伸びます。
とても簡単です。

 

では果たして本当にその通りになるのか。
機会があれば実験してみたいと思います。

 

今日はここまで!

 

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それではまた!

 

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