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高校物理の難易度を知る!等加速度直線運動

 これからそれなりの時間をかけて、数学、物理、英語の大学入試問題を見ていこうと思う。自分が大学受験をするわけではないので、問題が解けるようになるつもりはないが、解答(解法)を見ながら問題の難易度をできるだけリアルに把握したい。これが目的である。

 我ながら暇人だと思う。まぁ、ある種の趣味だからしょうがない。子供(娘)の大学受験で親が出る幕は殆どないのだが、子供に合う大学や学部がどこなのか、やっぱり自分(親)なりに把握したいのである。

 

「物理 入門問題精講」(旺文社)を買って、物理基礎レベルの問題から始めることにする。大学入学共通テストで6−7割を狙うレベルの問題集のようである。

 

 最初に登場するのは等加速度直線運動である。

 以下の公式を見て、高2で物理基礎を履修する方が良いのではないかと、いきなり思ってしまう。

 

等加速度直線運動の公式

①v=vo+at
 速度を求める公式

②x=vot+1/2at^2
 変位を求める公式

③v^2-vo^2=2ax
 速度、初速度、加速度、変位の関係式

v:速度、vo:初速度、a:加速度
t:経過時間 x:変位

^2は二乗

 

 公式①を時間積分すると公式②になる(公式②を時間微分すると公式①になる)。積分は面積を求めることなので、いわゆるvtグラフ(y軸:速度v、x軸:時間t)の面積=変位と理解できる。しかし、高1では微積分をまだ習わないので、少し遠回しに二つの公式の関係を理解することになる。

 微積分を知っていれば公式②は自然に頭に入るが、微積分を知らなければ公式②を暗記しなければならない。

 

 公式③には経過時間tが入っていない。①を変形してt=(v-vo)/aにして、②に代入して整理すると③になる。経過時間がわからなくても、速度、初速度、加速度、変位の4つの変数のうち、3つの変数の数値がわかれば残りの変数の数値も決まるという話だ。

 高校の定期テストでこの公式を使う問題が出てきそうだ。

 

 等加速度とは、加速度が時間的に変化しない定数であることである。ありがたいことに、落体の運動で登場する重力加速度gは定数(9.8m毎秒毎秒)なので、鉛直方向の運動を考えるときにここで習う公式が使える。

 

 等加速度直線運動の問題は、それなりの量の演習問題をこなせば、(娘も)スイスイ解けるのではないかと思う。しかし、高校生活は時間がタイトなので、演習が不足すると、試験の時にわかっていたようでわかっていなかった(あるいは時間がかかってしまう)ということが起きるかもしれない。日々少しづつ演習問題に取り組むルーチンを確立することが大事になりそうだ。