黒沼 電蔵
物理の教鞭をとっている
男子生徒にも女子生徒にもあまり人気がない
波多野さん
勉強が苦手な女の子
先生たちからも人気
光井くん
勉強が得意な男の子
黒沼先生のことはそれほど嫌いではない
はじめに
「変位」だとか「スカラー」とか…。
言葉がむつかしくて、混乱しちゃうなぁ。
うんうん、かわいらしい悩みだね。
まずは、一つひとつの言葉の意味を正しく理解しようね。
今回は特別に、君だけにわかりやすく教えてあげよう💕
先生、僕も聞かせてもらってよろしいでしょうか。
勝手にしたまえ。
ただ、君は物理より空気を読む力を学んだほうがよいのでは？
辛辣だ…
距離と変位
このアニメーションでは距離と変位の違いをあらわしておる。
白い点の動きはどうなっているかな？
まずは位置を理解しよう
まず、白い点は何を表しているかな？
今いる場所！
その通り！さすがじゃの！
物理ではその場所を「現在位置」というのじゃ。
運動を考える前にまず「どこにいるか」が重要なんですね。
そうじゃ。位置が分からなければ、「どれだけ」動いたかも、「どちらへ」動いたかも分からん。だから位置は運動の出発点なんじゃ。
変位ってなに？
変位って距離と違うの？
どっちも「どれだけ動いたか」じゃないの？
いい質問だねぇ。かうあいいねぇ。たしかに似ているけど、見ているものが違うのだよ。その違いを画像を見ながら考えてみよう。
あれ？同じじゃない？
まず、この画像の青い線を見てごらん。
出発点から到着点までジグザグに動いてるよ。
では、緑の矢印は？
出発点から到着点までまっすぐ動いてる。
青い線は出発点から到着点まで歩いた移動距離を表しておる。一方で緑の矢印は、歩いた道ではない。出発点から現在位置までを表しておるのじゃ。これを「変位」とよぶのじゃ。
移動距離と変位の大きさを見ると数値が違いますね。
では、でしゃばりの光井くんに質問じゃ。
今日、帰る前に校庭を10周走っても、家は10周分遠くなるかの？
……
なりません。
そういうことじゃ。途中どれだけ遠回りしても、変位の大きさは変わらん。変位の大きさとは、出発点から現在位置までの矢印の長さなのじゃよ。
なるほど！
青い線と緑の矢印は、見ているものが違うんだ！
まっすぐ進んでみよう
では、まっすぐ歩いたらどうなるか見てみよう。
あっ！青い線と緑の矢印が同じ！
そうじゃ。まっすぐ進めば、歩いた道と出発点から到着点までが一致する。だから
移動距離＝変位になるのじゃ。
帰ってみよう
では帰ってみよう。緑の矢印はどうなったかな？
短くなってる！
出発点へ近づいているからじゃ。変位は現在位置までじゃからのう。
矢印が消えた！
変位は？
0！
では、移動距離は？
ある！
ちゃんと歩いたもん！
素晴らしい！さすがじゃ。
これが一番大事なのじゃ。元の場所に戻れば、変位は0。
しかし、移動距離は0にはならない。
スカラーとベクトル
せんせ～。
どうして変位だけ矢印なの？
いいところに気が付いたね。
では、矢印にはどんな特徴があるかな？
「長さ」！！
「向き」によって方向の指示ができるところでしょうか？
質問を質問で返すな！
先生もじゃないですか…。
変位は「どれだけ」だけでなく「どちらへ」も大切なのじゃ。
そうか。
「どれだけ」を矢印の長さで「どちらへ」を矢印の向きで表してるんだ！
そういうことじゃ。
移動距離は「どれだけ」を考える、これをスカラーという。
変位のように「どれだけ」と「どちらへ」を表すものをベクトルというのじゃ。
じゃあ、「速度」もベクトル…
うるさい！！
今日のまとめ
今日はこの４つだけ覚えて帰るんじゃ。
・位置：今いる場所
・移動距離：実際に通った道の長さ（スカラー）
・変位：出発点から現在位置までの位置の変化（ベクトル）
・元の場所へ戻ると、移動距離は残るが変位は0になる
ところで、波多野さん。カーナビなんかはベクトルとスカラーの組見合わせで目的地まで案内してくれるのじゃ。そこのところを車の中でじっくり解説してあげよう💕
光井くんは校庭を10周してから帰るのじゃろう？
いえ、すぐに帰ります。
歩いて帰れるから結構でーす。
そうか……残念じゃのう。
次回 速さと速度
今日は「移動距離」と「変位」の違いを学んだのう。
では次の問題じゃ。
「速さ」と「速度」は同じかな？
えっ⁉
違うの？
ほっほっほ。
実は、そこも物理では大切な違いなんじゃよ。