この計算ツールでできること
このツールは、1次元の等加速度運動(加速度が一定の運動)に関する問題を解きます。関係する量は、初速度(\(u\))、終速度(\(v\))、変位(\(s\))、加速度(\(a\))、時間(\(t\))の5つで、これらは英語圏では頭文字を取って「SUVAT」変数と呼ばれます。このうち任意の3つが分かれば残りの2つは一意に決まり、本ツールは実際に使用した運動方程式を表示しながら答えを導きます。
5つの運動方程式(SUVAT)
等加速度運動は、次の5本の式ですべて記述できます。
(1) $$v = u + a\cdot t$$
(2) $$s = u\cdot t + \tfrac{1}{2}\cdot a\cdot t^{2}$$
(3) $$s = \tfrac{1}{2}\cdot (u + v)\cdot t$$
(4) $$v^{2} = u^{2} + 2\cdot a\cdot s$$
(5) $$s = v\cdot t - \tfrac{1}{2}\cdot a\cdot t^{2}$$
(3)式は「平均速度 × 時間」を表しているにすぎません。本ツールは、入力された3つの値に応じて、これらの式の中から適切な組み合わせを自動で選びます。
使い方
まずプルダウンから計算パターンを選びます。どの3つの値を入力し、どの2つを求めるかが表示されます。既知の3つの値を入力し、それぞれの単位(m/s、km/h、ノット、フィート、マイル、秒など)を選び、必要に応じて有効数字の桁数を指定します。入力値はすべて一度SI基本単位(m/s、m、m/s²、s)に換算して計算を行い、得られた答えを再び選択した単位に戻して表示します。
計算例
\(u = 5\ \text{m/s}\)、\(v = 25\ \text{m/s}\)、\(s = 100\ \text{m}\) が分かっているとき、\(a\) と \(t\) を求めてみましょう。(4)式より、$$a = \frac{v^{2} - u^{2}}{2s} = \frac{625 - 25}{200} = 3\ \text{m/s}^{2}$$ (3)式より、$$t = \frac{2s}{u + v} = \frac{200}{30} = 6.667\ \text{s}$$ 検算:\(v = u + a\cdot t = 5 + 3 \times 6.667 = 25\ \text{m/s}\) ✓ となり、正しいことが確認できます。
よくある質問
「解なし」と表示されるのはなぜですか? 組み合わせによっては物理的に不可能、または定義できない場合があります。たとえば負の数の平方根を取ろうとする、速度が変化しているのに加速度がゼロで割り算になる、時間が必要なのに時間がゼロになる、といったケースです。こうした場合は、無意味な値を返す代わりにエラーとして表示します。
負の数も使えますか? はい、使えます。負の値は、逆向きの運動や減速を表します。式はそのまま正しく成り立ちます。
平方根の解はどちらが選ばれますか? \(v^{2} = u^{2} + 2as\) から速度を求めるモードでは、物理学の慣例にしたがって非負(正の主根)の値を返します。