重力加速度とは?仕組みを分かりやすく図解!

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    さて重力加速度という言葉についてご存知でしょうか。

     

    重力加速度という字を見れば何となくイメージができそうですが、
    物理学というイメージが強いため難しく感じる人も多いと思います。

     

    自分が理解できていないことって難しく捉えてしまいがちですが、
    一度理解してしまえば「そんな簡単なことなのか!」と感じるはずです。

     

    そこでこのページでは、
    重力加速度とはどういうものなのか簡単に図解します。

     

    どうぞご覧ください。

     

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    1.重力加速度とは?

    では重力加速度とは何か簡単に見ていきましょう。

     

    結論から言ってしまうと重力加速度とは、
    物体に重力がかかることによって発生する加速度のことです。

     

     

    簡単に言えば質量のある物体を何も力を加えずに落下させたときに、
    その物体が落下していく速さというのはどんどん上がって(加速)いきますよね。

     

    このように物体に対して重力がかかることで発生する加速度のことを、
    重力加速度と言っているんですね(詳しくは次の章で図解します)。

     

    一般的には重力加速度と言えば9.8[m/s^2]のことで、
    9.8[m/s^2]は地球上の物体にかかる標準重力加速度の大きさです。
    (正確には地球の標準重力加速度=9.80665[m/s^2])

     

    重力加速度はその惑星の重力の大きさによって変化します

     

    例えば月だと重力の大きさが地球の約1/6なので、
    月の重力加速度は9.8/6=約1.6[m/s^2]となるわけです。

     

     

    月の場合だけではなく地球上にいても標準重力加速度(9.8[m/s^2])よりも、
    少しだけ大きい場所・小さい場所というのは存在します(赤道付近や上空など)。

     

     

    また重力加速度が難しいと感じる理由でよく挙げられるのが、
    重力加速度の単位[m/s^2]にあります。

     

    [m/s]なら1秒当たりに何m進むという意味だと理解できますが、
    [m/s^2]だとどういうことを意味しているのか理解できなくなりますよね。

     

    その点を踏まえて次の章では重力加速度9.8[m/s^2]の意味について、簡単に図解していきますね。

     

    2.重力加速度9.8[m/s^2]の意味を簡単に図解!

    では重力加速度9.8[m/s^2]がどういう意味なのか簡単に見ていきましょう。

     

    重力加速度は物体に重力がかかることによって発生する加速度のことで、
    加速度というのは速さがどんどん増していく度合いのことを言います。

     

    つまり地球の標準重力加速度である9.8[m/s^2]とは、
    1[s](1秒)経過するごとに速さが9.8[m/s]ずつ上がっていくことを意味しているんですね。

     

     

    上図のように1秒経過するごとに1秒あたりに進む距離が9.8m伸びていくことで、
    1秒経過するごとに速さが9.8[m/s]ずつ上がっていくことを意味しています。

     

    ちなみに重力加速度9.8[m/s^2]=9.8[m/s・s]なので、
    9.8[m/s・s]の方が重力加速度を理解しやすいと感じるかもしれません。

     

     

    また重力加速度9.8[m/s^2]は、どんな質量のモノでも等しく働きます。

     

    ですので質量1[g]のモノと質量100[kg]のモノであろうと、
    どちらとも重力加速度は9.8[m/s^2]ということになります。

     

    これは質量1[g]のモノと質量100[kg]のモノを力を加えずに落下させると、
    両方とも同じ加速度(9.8[m/s^2])で落下していくということを意味しています。

     

     

    ただ重力加速度が9.8[m/s^2]になるのは、重力以外の力が物体に働いていないときの話です。

     

    なので周囲に空気が存在している場合でも、少なからず重力加速度は影響を受けてしまいます。

     

     

    次の章で空気抵抗と重力加速度の関係について解説していきますね。

     

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    3.空気抵抗と重力加速度の関係について

    では空気抵抗と重力加速度の関係について見ていきましょう。

     

    結論から言ってしまうと、空気抵抗があることで重力加速度は小さくなります

     

    まず空気抵抗とはどういうものかと言うと、空気によって逆向きに発生する力のことです。

     

    空気は無色透明な気体で目で捉えることはできませんが、
    空気自体には質量もあって存在していないわけではありません。

     

    あなたが全力でダッシュしたときのことを思い出してほしいのですが、
    ダッシュしているとき体に前方から何かが当たってくる感覚があったと思います。

     

    あれこそまさに空気によって逆向きの力を受けている(空気抵抗)ということなんですね。

     

     

    そして空気抵抗は簡単に言うと、空気と衝突しているということです。

     

    空気と衝突することで邪魔されるので、走っているときに思うように前に進めなくなります。

     

    さて本題に戻りますが地球の標準重力加速度が9.8[m/s^2]になるのは、
    物体に働いている力が重力だけのときでしたよね。

     

    つまり空気が存在していれば、物体が落下するときに空気抵抗がかかってしまうということになります。

     

     

    上図のように物体に重力がかかって落下していきますが、
    下向きにかかる重力とは逆方向の上向きに空気抵抗が発生します

     

    この上向きに発生した空気抵抗によって、物体の重力加速度は9.8[m/s^2]よりも小さくなってしまうんですね。

     

     

    ちなみに空気抵抗があった場合落下させるモノによっては、
    速く落ちるモノと遅く落ちるモノがありますよね。

     

    例えば鉄と綿を落としたときをイメージしてみてください。
    鉄と綿を落下させると鉄の方が落下速度が速く、綿の方が遅くなります。

     

    この鉄と綿の落下速度の違いは何によって起こるのかと言うと、
    それぞれの物質の密度の差によるものです。

     

    私たちが普段から重い軽いと言っているのは物質の密度を比較しているからで、
    密度が大きい物質ほど重くなり、密度が小さい物質ほど軽いです。

     

     

    空気よりも密度が小さい物質であれば空中に浮いてしまいますが、
    落下していくということは空気よりも密度が大きい物質だということです。

     

    そして空気よりも密度が大きくて空気の密度に近い物質ほどゆっくり落下して、
    空気の密度よりも密度が大きい物質ほど落下速度が速くなります

     

    これが落下速度が速いモノと遅いモノが存在する理由です。

     

    以上が「重力加速度とは?仕組みを分かりやすく図解!」でした。

     

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    4.まとめ

    これまで説明したことをまとめますと、

    • 重力加速度とは、物体に重力がかかることによって発生する加速度のこと。
    • 重力加速度9.8[m/s^2]は、物体に働いている力が重力のみでの大きさ。
    • 9.8[m/s^2]は、1秒経過するごとに速さが9.8[m/s]ずつ上がっていくことを意味している。

     

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