シミュレーションのリンク
扱っている現象および本教材の説明
速度の合成とは、複数の速度ベクトルが同時に作用するときに、実際の物体の運動を決定する合成速度を求めることです。このシミュレーションでは、川の流れの中を進む船の運動を例に、速度の合成を視覚的に理解できます。
川は左向きに流れており、手前の岸から船を観察すると、船の実際の運動は以下のように決まります:
v合成 = v川 + v船
このシミュレーションでは以下のパラメータを調整できます:
- 川の速度 (v川): 川の流速（左向き固定、0〜10 m/s）
- 船の速度 (v船): 船が水に対して進む速度（＋＝下流左向き、−＝上流右向き、−10〜+10 m/s）
シミュレーションでは、赤色の矢印が川の速度 (v川)、緑色の矢印が船の速度 (v船)、青色の矢印が合成速度 (v合) を示します。
観察できる現象
- v船 > 0（下流方向）のとき: v合 = v川 + v船（合成速度は川よりも速い左向き）
- v船 = 0 のとき: v合 = v川（船は川に流されるのみ）
- v船 < 0（上流方向）のとき:
- |v船| < v川 なら船は左向きに進む（遅くなる）
- |v船| = v川 なら船は静止して見える（v合 = 0）
- |v船| > v川 なら船は右向きに進む（上流へ）
対象
- 高校物理を学習している学生
- 大学初年次の力学を学ぶ学生
- 速度の合成とベクトルの概念を視覚的に理解したい学習者
使用方法
- 「⚙ 設定」ボタンをクリックして設定パネルを開きます
- 「川の速度」スライダーで川の流速を設定します（0〜10 m/s）
- 「船の速度」スライダーで船が水に対して進む速度を設定します（−10〜+10 m/s、＋＝下流・−＝上流）
- 「開始」ボタンをクリックしてシミュレーションを開始します
- 船の動きと速度ベクトルの変化を観察します
- 「リセット」ボタンで初期位置に戻ります
ポイント
- 船が上流へ向かう速度が川の流速と等しいとき（|v船| = v川）、合成速度が 0 になり、岸から見ると船は静止して見えます
- 速度ベクトルの合成は方向も含めた足し算であることを、矢印の向きと長さで確認できます
参考文献
- 高校物理教科書
- 大学物理力学の教科書