微分・積分は、変化がある時、その変化を、どの次元で見ているかの話。
マイナス1次元から0次元への積分の話は以前した。
マイナス1次元は反比例の形をしていた。
補足:
ではマイナス2次元は何か?
加速度である。
え?
実は、加速度、速度、距離という言葉は、どの次元で変化を捉えているかの差に過ぎない。
加速度、速度、距離が同じだって?
では説明を続けたい。
物が動くとは?
目の前に一つの点がある。
その点が右に動いた。
0次元の点が、右に動いて1次元の線になった。
つまり点は積分によって次元が1つ上がった。
では、なにで積分されたのか?
「時間」である。
時間が進んだから、点が進んだ。
時間が変化しないと、点も変化しない。
点に動きが発生したなら、その過程にいて、加速度、速度、距離が発生している。
さて、加速度、速度、距離の概念を説明する前に、一般に速度や加速度という場合、「平均の」という形容詞が抜けている。
たとえば、時速60kmとは、1時間に60km進む平均の速度になる。
0秒目からいきなり時速60kmは出せない。
速度とは距離÷時間である。
つまり、速度とは1時間あたりに進む距離である。
では、時速60kmが出せた要素は何か?
それが加速度である。
だから速度を加えると書いてある。
距離とは?
では距離とは何か?
速度x時間である。
つまり、速度に時間という性質を付与すると距離になる。
ものが動くとは距離のことであり、距離とは、加速度に始まり、それが速度となって生じたものである。
だから、加速度がなければ距離は発生しない。
加速度は力?
では、加速度とは何か?
それは、力の一部である。
力は物を移動させる。
たとえば、リンゴを手から放すと落ちる。
リンゴは下に落ちるという移動をした。
移動したので、リンゴには力が加わった。
リンゴは速度を上げながら落ちていく。
速度が上がっていくとは、力が加えられ続けているということ。
リンゴに加わった力とは、地球の引力。
質量あるもの、すべて引力を持つ。すなわち万有引力。
余談:人間も質量があるので、かすかに引力を持つ。人は時に惹かれ合い、近づきすぎると反発する。磁石のようだ。
力が働かない無重力空間ではリンゴは落ちていかない。
実際、無重力空間でリンゴに力を加えずそっと離すと静止している。
今度は力を加えて投げてみる。
するとリンゴは手を離れるまでスピードを上げながら移動する。
手を離れた後は力が加えられない。
だから速度は変わらない。
手を離れたリンゴは、一定の速度で移動している。
摩擦抵抗が0の宇宙空間では、速度は一定。
慣性の法則と呼ばれる。
手から離れているので力は加えられていない。
力が加えられていなくても移動はしている。
よって、速度は物が移動する直接の原因ではない。
しかし、移動する物には速度がある。
その速度を発生させた力が加速度。
したがって、加速度が移動の直接的な原因である。
「加速度が増す」とは、力が増えることであり、それは速度を変化させる。速度を変化させるので物が動く。
速度とは?
速度=距離÷時間
速度は距離を時間で割ったもの。
距離をm、時間をtとすると、速度vの単位はなる。
速度はvelocity(ベロシティ)=v
割り算とは分数であり、分数とは比であり、比とは傾きであり、傾きとは分母に対する分子の変化量である。
つまり速度の公式は、「時間の変化」に対する「距離の変化」を表している。
傾きが一定とは速度が一定であることを意味する。
分子である距離mが0ならば、速度は0。
速度が0なら、力は加えられていない
。0÷何かは0。
つまり加速度0である。
加速度とは?
一方、分子である距離mが0でなければ、加速度という力が発生したことを意味する。
加速度という力が発生したから速度が生まれる。
そして力の(加速度)入れ具合によって、時間あたりの速度は変化する。
よって、加速度は以下の式で表される。
加速度=速度÷時間。
つまり、「時間の変化」に対する「速度の変化」が加速度である。
「時間の変化」に対する「速度の変化」
加速度の単位って何?
通常、教科書で説明している加速度aの単位は、であるが、これだと意味がわからない。
加速度はacceleration(アクセラレーション)のa
なぜ距離をで割ると加速度になるのか?
まったく、イメージがつかない。
とは何なのか?
は加速度aだが、分子側ののtと、分母のtを分けるとすんなり理解できる。
加速度とは「時間の変化」に対する「速度の変化」だった。
それを単位だけで表現すると下記になる。
分数が2つあって見にくいが、分子のは速度、分母は時間t。
だから、加速度は「時間の変化」に対する「速度の変化」。
たとえば、地球の重力の加速度は
言い換えると、
つまり1秒あたり速度が9.8変化する意味になる。
加速度そのものは、時間によらず9.8で一定なので、xy軸でしいて表現すれば下記のようになる。
地球の重力は時間によって変わらない。
一方、その重力という力によって、時間によって速度が変化していく。
加速度をが混乱する理由は分数だからだろう。
分数とは、分母に対する分子の変化だった。
だから、加速度の単位を素直に読むと、分母の変化に対する、分子mの変化と捉えてしまう。
だが、分母の意味がわからないから意味がつかめない。
では、分母の変化(時間)に対する分子の変化(速度)を、xy平面で表現してみよう。
時間が1秒に対して、速度が9.8変化する比例グラフが現れた。
分母である「時間tの変化」に対する分子である速度の変化なので、単位だけで計算してみるととなる。
補足1:の計算は大丈夫だろうか?
分母のtを消したいので、で分母分子を構成する1をかける。
つまり、
=
補足2:y軸にのような複数の単位があってもよい。1軸は1単位という思い込みは無いだろうか?
2秒後の速度は?
加速度がの2秒後の速度は、グラフから19.6だとわかる。
加速度=
だったので、
両辺に時間を掛けると
加速度x時間=速度
したがって、
加速度の意味を理解してないと、加速度の単位の分母ののtに2を入れ、まったく意味不明な答えになる。
加速度⇒速度⇒距離のイメージはついてきただろうか。