自由落下と斜方投射　－　物理学の基礎講座

こんにちは、Tomです

今回の記事では、力学を考える上でよく使われる運動である、物体の「自由落下」と「斜方投射」について解説していきます

自由落下

物体の「自由落下」とは、物から手を離したときに自然と下に落ちていくように、初速がなく重力による加速度のみで物体が運動することです

物体が自由落下しているとき、ある時点での速度をVt、（重力）加速度をG、自由落下開始から経過した時間をT、自由落下開始から下向きに進んだ距離をXとすると、それぞれの関係は次の式で表されます

Vt = GT

X = 1/2 × G(T^2)　・・・　※

ちなみに自由落下ではなく、下向きに向かって物体を投げるとき（初速Viが存在するとき）、式は次のようになります

Vt - Vi = GT

X = ViT + 1/2 × G(T^2)

※の式を見てみると、距離Xは経過した時間Tの２乗に比例することが分かります

斜方投射

物体を地面と水平に投げるとき（真横に投げるとき）、物体は重力の影響を受けて曲線を描きながら落ちていきます

これが斜方投射です

斜方投射に対して、自由落下は重力の影響を受けて真下に物体が落ちるのですが、このとき物体は横に動きません

また、もし重力が存在しない場合に真横に物体を投射すると、慣性の法則で物体は横方向に永遠に動き続けます（重力がないので、縦方向には動きません）

斜方投射は、重力の影響を受けながら横方向に物体が動き続けるので、上２つの考え方を融合させて考えることができます

斜方投射をするとき、縦方向の動きと横方向の動きを分けて考えると、縦方向は重力の影響を受け自由落下、横方向は慣性の法則で等速直線運動をし続けます（空気抵抗や摩擦は考えないものとします）

縦方向の自由落下と横方向の等速直線運動が組み合わさることによって、僕たちが物体を横方向に投げるときには、物体が曲線を描きながら斜めに落ちていくように動くのです

今回はここで終わりにしたいと思います

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