中学理科中学3年生物理

運動とグラフ｜速さの求め方・記録タイマー・等速直線運動【中3理科】

中3理科の「運動とグラフ」を図でやさしく。速さ＝距離÷時間の基本、記録タイマーのテープの読み方、等速直線運動（速さ一定）とだんだん速くなる運動のちがいを、距離と時間・速さと時間の2つのグラフで整理。算数の速さ・比例・一次関数とつなげて理解できます。

「グラフが直線だと等速？ それとも曲線が等速だっけ？」——運動の単元は、グラフが2種類（距離と時間／速さと時間）あって混乱しがちです。でも出発点は、算数で習った「速さ＝距離÷時間」ただ1つ。記録タイマーのテープとグラフを図で結びつければ、運動のようすが目で見てわかるようになります。

速さの求め方（距離÷時間）

運動の「速さ」は、算数の速さとまったく同じ。ある時間に進んだ距離でくらべます。

たとえば $0.1$ 秒で $6$ cm 進んだなら、速さは $6 \div 0.1 = 60$ → 60 cm/s。理科では、全体の距離を全体の時間で割った「平均の速さ」と、ごく短い時間で見た「瞬間の速さ」を区別します。スピードメーターが示すのは瞬間の速さです。

記録タイマーのテープを読む

運動のようすを記録するのが記録タイマー。一定の時間ごとにテープへ点を打ちます（東日本は1秒間に50打点なので $1$ 打点＝ $0.02$ 秒、西日本は60打点）。ふつう5打点ごと（＝ $0.1$ 秒ごと）に区切って調べます。

点と点の間隔は「同じ時間に進んだ距離」。だから、間隔が一定なら速さも一定（等速）、間隔が広がっていくなら、だんだん速くなっているとわかります。テープを $5$ 打点（$0.1$ 秒）ごとに切って横に並べると、長さがそのまま「その区間の速さ」を表す棒グラフになります。

等速直線運動（速さが一定）

まっすぐな道を速さを変えずに進む運動を等速直線運動といいます。摩擦のない理想的な運動や、一定の速さで走るベルトコンベアなどが近いです。

2つのグラフを混同しないコツは、たてじくが何かを必ず見ること。

• 距離と時間のグラフ → 等速なら右上がりの直線（傾きが速さ）。
• 速さと時間のグラフ → 等速なら水平な横ばいの直線（高さが速さ）。

セナ

距離のグラフは右上がりなのに、速さのグラフは真横…？ 同じ運動なのに形がちがうの、こんがらがる！

ホクト先生

そこ、みんなつまずくところ！ たてじくがちがうからだよ。等速だと「距離はどんどんふえる」から、距離と時間のグラフは右上がり。でも「速さはずっと同じ」だから、速さと時間のグラフは真横。グラフを見たら、まずたてじくが距離か速さかを確認するクセをつけよう。ちなみに距離と時間のグラフの傾きが、その物体の速さになっているよ。

だんだん速くなる運動（斜面・落下）

斜面をくだる台車や、落ちていく物体は、だんだん速くなります。進む向きに力（重力の斜面ぶんなど）がはたらき続けるからです。

このときは、

• 記録テープの間隔がだんだん広がる。
• 速さと時間のグラフは右上がりの直線（速さが一定の割合でふえる）。
• 距離と時間のグラフは上にそり返る曲線（進む距離の増え方が大きくなる）。

逆に、進む向きと反対の力がはたらけば、だんだんおそくなります。力がはたらかない（つり合っている）ときは、速さが変わらない等速直線運動（慣性の法則）です。

よくある間違い

やってみよう（練習問題）

「速さ＝距離÷時間」を出発点に、テープの間隔とグラフのたてじくを見る。——これだけで、等速直線運動も、だんだん速くなる運動も、目で見分けて説明できるようになります。