物理と数学の接点(等加速度直線運動を通して)

 

vは初速度、aは加速度)

上記の式は等加速度直線運動をしている物体の、t秒後の速度vを求める式である。

 

この式は、等加速度直線運動をしている物体が、t秒間の間に動いた移動距離(変位)sを求める式である。

 

さて、この二つの式は高校ではじめて物理に触れる学生が、真っ先に覚えなければいけない式です。なんか、文字ばかりで抽象的であり、見るからにわかりにくそうです。いきなりこういう式がどんどん出てくるわけですから、物理を苦手科目にする人が多いというのもうなずけるように思われます。かくいう私も物理は苦手でした。

さて、この二式をそのまま覚えようとすると、試験前には丸暗記できてもすぐ忘れてしまうでしょう。ですが、第一の式を数学の操作に従い変形すると第二の式になるのです。そのようなことを覚えておけば記憶に負担がかからないわけですし、忘れにくいわけです。

その数学の操作について次に書きます。

 速度を積分すると動いた距離になるという考え方で、第一式を、tを変数と見て、tに関して、0秒からt秒後まで定積分し第二式を導出する操作です(tとしたのはtを変数としたための便宜上の措置です)。

 

           

さて、この操作は考えてみれば単純なことですし、理系の大学生等にとっては実際常識的なことかもしれません。しかし、物理をはじめたばかりの学生にとってはこの操作は抽象的でしょうし、実際、物理と数学が別個の科目として存在していることから、この操作には気づきにくいように思われます(速度を積分すれば距離になるということは数学の方で習うことでありますが…)。

この操作を理解するためには、文字を変数と定数に見分けることが必要で(要は数学の方である程度そのための慣れが必要なわけで)物理も数学も平行して学習している高校段階では困難が伴うことが多いとも思われます。

私がこの操作を理解できたのも数学の方で積分の操作にそれなりに習熟した後のことで、数学と物理の接点をはじめて具体的に実感できたようで感激したものでした。

 

 

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