| English | 意味 |
|---|---|
| Newton's first law/ˈnjuːtnz fɜːst lɔː/ | ニュートンの第一法則 |
| net force/net fɔːs/ | 合力 |
| inertia/ɪˈnɜːʃə/ | 慣性 |
| translational equilibrium/trænˈsleɪʃənl ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | 並進平衡 |
| inertial reference frame/ɪˈnɜːʃl ˈrefrəns freɪm/ | 慣性座標系 |
止まらないパドル
- ホッケーのパドルを滑らかな氷の上でスライドさせると、ほとんど減速することなく長く滑り続ける。
- 氷を完全な摩擦ゼロにすれば、それは永遠に滑り続けるだろう。
- 何かによって進み続けさせているわけではない——ただ自分から止まろうとしないのだ。
- この「止まろうとしない」性質は、物理学における最も深い概念の一つである。
ニュートンの第一法則
- ニュートンの第一法則: 外力（合力）が働かない限り、物体は一定の速度を保つ。
- 静止しているなら、そのまま静止したまま。動いているなら、同じ速さと方向を維持する。
- 「合力为零」并不意味着「没有运动」——它意味着「运动的变化为零」。
一定速度で運動する物体には、それを押す非ゼロの合力が必要である。
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一定速度とは合力ゼロを意味する。力を必要なのは速度を変化させる時であり、維持するためではない。
慣性
- 運動の変化に抵抗する物体の性質を慣性という。
- 質量が大きいほど慣性が大きい——積載したトラックは自転車よりもはるかに始めたり止めたりするのが難しい。
- 第一法則が成り立つのがなぜかは、まさにこの慣性によるものだ。
慣性が最も大きい物体はどれか？
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慣性は質量で測られる -- $2000\ \text{kg}$ 車は運動の変化に最も抵抗する。
並進平衡
- 合力がゼロのとき、物体は並進平衡にある。
- これは静止している物体と一定速度で移動している物体の両方を含む。
- これらの問題を解くには、$\sum F_x = 0$ と $\sum F_y = 0$ を立てる。
釣り合っているか、釣り合っていないか？
ニュートンの第一法則に基づき、各物体に働く力が釣り合っているかどうかを判定せよ。
合力がゼロの物体は、並進 ____ にあると言われる。
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合力ゼロ → 並進平衡状態であり、静止および一定速度を含む。
並進平衡状態（合力ゼロ）にある状況をすべて選択せよ。
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静止と一定速度はどちらも合力ゼロを意味する。落下する球は加速するため、合力はゼロではない。
crate が静止した状態で、右に $40\ \text{N}$、左に $40\ \text{N}$ で引かれている。水平方向の合力（N単位）はいくらか？
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$40 - 40 = 0\ \text{N}$ -- 釣り合った力であるため、平衡状態（静止）を維持する。
慣性系
- 第一法則が成り立つのは慣性系のみであり、加速度していない参照系のことである。
- ブレーキをかけるバスの中で、あなたを前に押し出す力はないのに前へ揺れる——それはバスが非慣性系だからである。
- 物理学の法則は慣性系の視点から記述される。
バスが急ブレーキをかけ、体が前へ揺れるとき、前に働く力があなたを前へ押した。
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前に働く力はない -- 体の慣性が動きを維持しており、バスのみ（非慣性系）があなたの下に减速しているだけである。
ランプが2本の傾いたロープで吊り下げられて静止している。
- それは並進平衡にあるため、合力はゼロである。
- ロープの水平成分の引っ張りは互いに相殺し、垂直成分の引っ張りが合わせて重量を支える——2つの式、$\sum F_x = 0$ と $\sum F_y = 0$ で張力を求める。
一定の速度でも前方への力は必要ない。一定の$100\ \text{km/h}$ で走行する自動車の合力はゼロであり、エンジンの推力は空気抵抗と摩擦力とちょうど釣り合っている。力は速度を変えるためにのみ必要であり、維持するためではない。
ニュートンの第一法則: 合力が働かない限り速度は一定であり、物体はその慣性を通じて変化に抵抗する。ゼロの合力は並進平衡（静止または一定速度）を意味し、$\sum F_x = 0$、$\sum F_y = 0$ で解く。これは加速度のない慣性系でのみ成立する。