この計算ツールでできること
このツールは、等加速度運動の基本公式 \(v^{2} = u^{2} + 2as\) を使い、4つの変数 ― 終速度(v)、初速度(u)、加速度(a)、変位(s)― のうちいずれか1つを求めます。この式は「等加速度運動の5つの基本式」の中で唯一、時間(t)を含まないのが特徴です。そのため、4つのうち3つの値が分かっていて、残りの1つをすばやく求めたいときに最適です。各入力欄にはそれぞれ単位の選択メニューがあり、計算結果はあなたが選んだ単位に変換されて表示されます。
使い方
まず「計算する項目を選択」のメニューから、求めたい値を選びます。次に、分かっている3つの値を入力し、それぞれ正しい単位(m/s、km/h、ft/s、ノット、g、マイルなど)を選んでください。特定の精度が必要なら有効数字の設定を選び、結果を確認します。内部では、すべての値がSI基本単位(m/s、m/s²、m)に変換され、公式が適用された後、選択した単位に再変換されて出力されます。
公式の解説
\(v^{2} = u^{2} + 2as\) を変形すると、それぞれ次のようになります。$$v = \sqrt{u^{2} + 2as}$$ $$u = \sqrt{v^{2} - 2as}$$ $$a = \frac{v^{2} - u^{2}}{2s}$$ $$s = \frac{v^{2} - u^{2}}{2a}$$ 速度を求める2つの式では平方根を使うため、本ツールでは非負(大きさ)の解を返します。ルートの中身(被開平数)が負になる場合は実数解が存在しません ― 物理的には、その変位に到達する前に物体が停止するか、向きを変えることを意味します。
計算例
静止状態(\(u = 0 \text{ m/s}\))から出発した車が、加速度 \(a = 3 \text{ m/s}^{2}\) で \(s = 30 \text{ m}\) 進んだときの速度 v を求めます。$$v = \sqrt{0^{2} + 2 \cdot 3 \cdot 30} = \sqrt{180} \approx 13.42 \text{ m/s}$$ となり、これは時速約 48.3 km/h に相当します。
よくある質問(FAQ)
「実数解なし」と表示されるのはなぜ? v や u を求めるとき、平方根の中の値が負になることがあります(例えば、長い距離にわたって強くブレーキをかけた場合など)。これは、その変位に達する運動が実際には起こらず、対応する実数の速度が存在しないことを意味します。
変位がゼロのとき加速度が「定義不能」になるのはなぜ? a を求める式では \(2s\) で、s を求める式では \(2a\) で割り算をします。分母がゼロになると、u と v が等しい場合を除き、結果は定義できなくなります。
方向は考慮されますか? 速度は、選んだ正の方向に沿ったスカラー成分として扱われます。減速を表したい場合は、加速度に負の値を入力してください。