高校生の物理好きが物理に関することを投稿していきます。誰かのお役に立てば幸いです。
今日の記事について
DP物理では時々大学物理の内容を扱いますが、最近は剛体の運動を学習していて、その中で慣性モーメントというものが出てきました。最初はなんぞやという感じだったんですが、だんだん理解することができたので、高校生の困っている人々の手助けになればと思います。
慣性モーメントとは
結論から言うと、慣性モーメントとは回転のしにくさを表すものです。下に貼っているヨビノリ様の動画を見たら大学生の方は理解しやすいかと思いますが、なんせ高校二年生始まったばかりの私はベクトルをまだ習っていないので何言ってるか半分以上理解できません。そこで、高校生が理解する時にどういう考え方をしたらいいのかをお伝えしようと思います。
最初に、慣性モーメントの式を考えてみましょう。ご存知の通り、I=mr^2（mは質量、rは半径or回転軸からの距離）になり、図で表すと下のようになります（個人的にはこの過程が理解につながった）。
直方体を見てわかるように、rが大きくなると底面の正方形が大きくなるわけですし、mが大きくなると高さが大きくなるので、mとrの値によってIは変わります（考えたら当たり前）。
ここから少し考えを広げて、スケート選手を思い浮かべてみてください。オリンピックなどでみなさん見ると思いますが、スケート選手はたくさん回転する時（トリプルアクセルとかとか）には手を閉じていて、回転数が減る着地後には手を開きます。ここでは、質量は変わっていないものの、rの値が変わることで、I（回転のしにくさ）が変化するので、回転数が変わります。角運動量 L を考えてもわかるように、角速度はIに反比例するため、手を閉じている（Iが小さい）時には回転する速さは速くなり、手を開いている（Iが大きい）時には回転する速さは遅くなります。
力のモーメントの式を変形すると下のようになりますが、運動方程式F=maにおいて、mが加速のしにくさを表すということを考えると、Iは加速のしにくさを表すと分かります（αは角加速度）。
終わりに
いかがでしたか？私は、このような様々な方法で慣性モーメントに対する理解を深めることができました。中には皆さんにとってハテナが浮かぶような考え方もあったかと思いますが、自分なりの解釈を一つでも持っておくと理解が早まると思うので、様々なことに関連させながら物事を考える力を身につけておくと良いかもしれません。
それでは今日はここで終わりとします。次の記事でお会いしましょう。
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