質量と加速度

重さと動かしにくさ

想像してみてほしい。ショッピングカートを押して、スーパーで買い物をしているとする空っぽのショッピングカートと水のペットボトルを積んだカート。

イメージしてもらえれば、明らかに「押しにくさ」が異なると思う。

つまり、空のカートは押せばスムーズに進むし、想いかーとはなかなか動かない。

ここで重要なのは、

押す強さ(力)はほぼ同じでも。動きやすさが異なるという点である。

なぜ同じ力なのに、動き方が変わるのだろうか。

何が違うのだろうか

先ほどの例を考えると、同じ力で押しても、空のカートの方が動きやすく、速さの増え方が大きい(これは前章でやった)

ここからわかることは、力は同じでも(速さの変わり方)が違うという事実である。

つまりここから、加速度の違いは「物体の性質」から生まれている。

この「動きにくさ」を表す量として質量を定義する。

重さとは

質量と聞くと、イメージされるのは「重さのこと？」「kgで表すもの？」と思いがちだが、物理学では運動に着目した量として定義する。

直観的なイメージとして、質量とは運動の変化のしにくさだと考えるとわかりやすい。質量が小さいならば、動きを変えやすい、大きければ、動きを変えにくい。

つまり、同じ力を加えた時、質量が大きいほど加速度は小さくなる。

Newtonの運動の考えでは、運動の変化が物体の性質に依存するものとして、

となる。

つまり、質量が2倍になれば、加速度は1/2、質量が3倍になれば加速度は1\3になる、と主張した。

検証

質量を変えながら、加速度を測ってみよう。

結果

先ほどの実験から、同じ力を加えても、質量が異なると、加速度が変わるということが分かった。

その関係は質量が大きいほど、加速度は小さい、というものだった。

まとめ

加速度が物体の質量と呼ばれる量に依存する。その質量は物体の変化のしにくさを表す量として定義されている。

ここまで、力と質量の二つの量を考えて、その関係を加速度と呼ばれる量と関係することを表した。ではこれらを同時に考えるとどうなるか。

次の章では、それを定式化した、Newtonの運動方程式という式を扱うこととする。​