物理基礎の概要
結局何なのかまとめる。
【1】力学(運動と力)
物がどう動くかのルール
速さ・速度・加速度
速さ:どれくらい早く進むか
速度:速さ+進む向き
加速度:速くなったり遅くなったりする“変化の速さ”
等速直線運動/等加速度運動(落下など)
等速直線運動 速さがずっと同じで、まっすぐ動く運動
等加速度運動 毎秒、同じだけ速さが変わる運動。
例:落下(毎秒どんどん速くなる)。
力の種類(重力・摩擦・張力・垂直抗力)
重力:地球が引っ張る力
摩擦:すべりをじゃまする力
張力:ひもに引っ張られる力
垂直抗力:床や机が押し返す力
力の合成・分解
合成:2つ以上の力を“まとめる”
分解:1つの力を“2つに分けて考える”
ニュートンの法則(F = ma)
力(F)=質量(m)× 加速度(a)
力が大きい→よく動く
重い→動きにくい
仕事、運動エネルギー
仕事 力が物を動かしたときにした“はたらき”。
公式:仕事 = 力 × 動いた距離
運動エネルギー 動いている物がもつエネルギー。
速いほど大きい、重いほど大きい。
力学的エネルギー保存
運動エネルギー+位置エネルギーの合計は変わらない。
(空気抵抗や摩擦がなければ)
【2】熱
ものが温まったり冷めたりするときのしくみ。あたたかさがどう動くかの話
熱と温度の違い
熱(エネルギー):ものを温めたり冷やしたりする“エネルギー”そのもの。
温度:どれくらいあたたかい/つめたいかを示す“数字”。
→ 同じ温度でも、大きい鍋の方が「熱」は多い。
熱量、比熱
熱量:ものが受け取ったり出したりする熱の量。
比熱:1g の物質の温度を1℃上げるのに必要な熱量。
→ 比熱が大きい=温まりにくい(例:水)。
→ 比熱が小さい=温まりやすい(金属)。
伝導・対流・放射
伝導:物体の中を熱がじわ~っと伝わる。(金属のスプーンが熱くなる)
対流:あたたかい空気や水が上に上がり、冷たいものが下がって入れ替わる。(風呂、鍋の中)
放射:光のように熱が飛んでくる。(太陽の熱、ストーブの前が暖かい)
気体の状態のイメージ
気体の粒は自由に動き回り、広がろうとする
温めると粒が速く動き、膨張する
冷やすと粒の動きが遅くなり、縮む
(風船を温めるとふくらむのはこれ)
【3】波(光・音)
“波”という形で広がるものの性質。光や音がどう広がるかの話。
波の特徴(周期・振動数・波長・速さ)
周期:1回ゆれるのにかかる時間
→ ブランコが1往復する時間みたいなもの
振動数:1秒に何回ゆれるか
→ たくさんゆれれば「振動数が大きい」
波長:波の「山から山までの長さ」
→ 長い波/短い波の違い
速さ:波がどのくらいのスピードで進むか
→ 音の速さ、光の速さなど
反射・屈折
反射:光や音が跳ね返る
→ 鏡に映る、山びこが返る
屈折:光が曲がる
→ 水の中でストローが曲がって見える
レンズの基本
凸レンズ(とつ):真ん中がふくらんでいる
→ 虫メガネ。光を「集める」。
凹レンズ(へこ):真ん中がへこんでいる
→ 近視のメガネ。光を「広げる」。
レンズは 光を集めたり広げたりして、見え方を変える道具。
音の性質
音は空気のゆれが伝わることで聞こえる
振動数が大きい → 高い音
振動数が小さい → 低い音
ゆれの大きさが大きい → 大きな音
電磁波(光、赤外線、紫外線など)
電磁波は「空気がなくても進む波」
とても速い(光の速さ)
種類によって性質が違う
可視光:目に見える光(虹の7色)
赤外線:あたたかさを伝える
紫外線:日焼けの原因
全部、波の長さや振動数の違いで種類が決まる。
【4】電気
電気がどんなふうに流れるか。電気の“流れ方”のルール。
電流・電圧・抵抗
電流:電気の流れの大きさ(どれだけ流れているか)
電圧:電気を「押し出す力」
抵抗:電気の流れにくさ(細い道ほど流れにくいイメージ)
オームの法則
電気の基本ルール。
電圧 = 電流 × 抵抗(V = I × R)
押す力(電圧)が強いほど電流が増える
抵抗が大きいほど電流は流れにくい
直列・並列回路
直列(1本道)
電流は同じ
抵抗は「足し算」されて大きくなる
電圧は分け合う
並列(分かれ道)
電圧が同じ
道が増えるので電流が増える
抵抗は「道が増えるほど小さくなる」
電力・電力量
電力(W):1秒あたりどれだけ仕事するか
→ 電力 = 電圧 × 電流(P = VI)
電力量:どれくらい電気を使ったか
→ 家の電気料金の「kWh」がこれ
静電気(クーロン力のイメージ)
プラスとマイナスは 引き合う
同じ符号(プラス同士・マイナス同士)は 反発する
これが クーロン力(静電気で物がくっついたり離れたりする力)
※計算までは深くやらず、「くっつく/はなれる」のイメージが大事。
電場の考え方
電気の力が「空間に広がっている」と考えるイメージ
プラスのまわり → 外向きに力が広がる
マイナスのまわり → 内向きに力が集まる
電場は「電気がここに来たら、どっちへ引っ張られるか」を示す矢印
【5】原子
この世界を作っている“とても小さいつぶ”の話
原子の構造(陽子・中性子・電子)
陽子(+):原子の中心(原子核)にある、プラスの粒
電子(−):原子核のまわりを回る、小さくて軽い粒
➡ 原子は「+と−がつり合って、全体では電気ゼロ」
原子番号・質量数
原子番号:陽子の数(=その元素を決める数字)
質量数:陽子+中性子の数
➡ 原子の“重さの目安”になる。
同位体
陽子の数が同じで、中性子の数だけ違う原子。
性質はほぼ同じだけど、重さが微妙に違う。
例:水素(H)と重水素(D)
放射線(α・β・γ)
暗記ポイントは“中身の違い”。
α(アルファ)線:ヘリウムのかたまり(重い・飛ぶ距離短い)
β(ベータ)線:電子(軽い・遠くまで飛ぶ)
γ(ガンマ)線:電磁波(光の仲間・めっちゃ貫通する)
半減期
ある放射性物質の量が 半分になるまでの時間。
固有の“決まった時間”で減っていく。
➡ 何時間もつかを判断するときに使う。
核エネルギーのイメージ
原子核が割れたり(核分裂)、くっついたり(核融合)すると、
ものすごく大きなエネルギーが出る。
1つの原子で出るエネルギーがとても大きいのが特徴。
➡ 原子力発電・太陽の光などはこのエネルギーを使っている。