モーション
選手権中、車は高速で走行しており、地面に対する位置は時間とともに変化するため、車は相対的に動いている。

物理学において、運動とは、物体が与えられた時間内に基準点に対して位置を変えることです。運動は、変位、距離、速度、加速度、速さ、そして観測者から見た基準座標系によって数学的に記述され、時間の変化に伴う物体の位置の変化を測定します。物理学において、物体の運動の原因を考慮せずに記述する分野は運動学と呼ばれ、力とそれが運動に与える影響を研究する分野は力学と呼ばれます。

物体が与えられた基準系に対して運動していない場合、その物体は静止している、動かない、動かない、静止している、あるいは周囲に対して一定または時間不変の位置にあると言われます。現代物理学では、絶対的な基準系が存在しないため、アイザック・ニュートンの絶対運動の概念は決定できないとされています。[ 1 ]宇宙のあらゆるものは運動していると考えられます。[ 2 ] : 20–21

運動は、物体、物体、物質粒子、物質場、放射線、放射線場、放射線粒子、曲率、時空など、様々な物理系に当てはまります。また、像、形状、境界の運動についても言及できます。一般的に、「運動」という用語は、空間における物理系の位置または構成の連続的な変化を意味します。例えば、波の運動や量子粒子の運動について言及することができます。この場合、構成は、波または粒子が特定の位置を占める確率で構成されます。

運動方程式

v{\displaystyle v}不均一な加速度で移動する粒子のvsグラフ。t{\displaystyle t}1つの{\displaystyle a}

物理学において、運動方程式は物理系の挙動を時間の関数としての運動の観点から記述する方程式である。 [ 3 ]より具体的には、運動方程式は物理系の挙動を一連の数学関数として動的変数の観点から記述する。これらの変数は通常は空間座標と時間であるが、運動量成分を含むこともある。最も一般的な選択肢は一般化座標であり、これは物理系の特性として都合の良い任意の変数とすることができる。[ 4 ]これらの関数は古典力学ではユークリッド空間で定義されるが、相対論では曲がった空間に置き換えられる。系のダイナミクスが既知であれば、これらの方程式はそのダイナミクスの運動を記述する 微分方程式の解となる。

運動の法則

物理学では、質量の大きい物体の運動は、2つの関連する力学法則によって記述されます。1つは原子よりも大きい超原子（原子よりも大きい）物体（自動車、発射物、惑星、細胞、人間など）に対する古典力学、もう1つは原子および原子より小さい物体（ヘリウム、陽子、電子など）に対する量子力学です。歴史的には、ニュートンとオイラーが古典力学の3つの法則を定式化しました。

第一法則： 慣性座標系では、物体は、ネットの力が作用しない限り、静止したままか、一定の速度で直線上を動き続けます。
第二法則： 慣性座標系では、物体に働く力Fのベクトル和は、その物体の質量mにその物体の加速度aを乗じた値に等しくなります。 F→＝メートル1つの→{\displaystyle {\vec {F}}=m{\vec {a}}}

物体またはオブジェクトに作用する合力がゼロでない場合、物体は合力と同じ方向に加速度を持ちます。 F→{\displaystyle {\vec {F}}}1つの{\displaystyle a}

第三法則: ある物体が別の物体に力を加えると、同時にその別の物体も最初の物体に大きさが等しく方向が反対の力を及ぼします。

古典力学

古典力学は、発射体から機械部品、さらには宇宙船、惑星、恒星、銀河といった天体に至るまで、光速よりも著しく遅い速度で運動する巨視的物体の運動を記述するために使用されます。これらの領域において非常に正確な結果を生み出し、科学、工学、テクノロジーにおける最も古く、最も大規模な科学的記述の一つです。

古典力学は、ニュートンの運動の法則を根本的に基盤としています。これらの法則は、物体に作用する力とその物体の運動との関係を記述するものです。これらの法則は、アイザック・ニュートン卿が1687年7月5日に出版した著書『自然哲学の数学的原理』の中で初めてまとめられました。ニュートンの3つの法則は以下のとおりです。

  1. 静止している物体は静止したままであり、運動している物体は外部からの力が加わらない限り運動し続けます。（これは慣性の法則として知られています。）
  2. 力（）は、時間変化あたりの運動量変化（）に等しい。質量が一定の場合、力は質量×加速度（）に等しい。F→{\displaystyle {\vec {F}}}Δメートルv→Δt{\displaystyle {\frac {\Delta m{\vec {v}}}{\Delta t}}}F→＝メートル1つの→{\displaystyle {\vec {F}}=m{\vec {a}}}
  3. あらゆる作用には、等しく反対方向の反作用がある。（言い換えれば、ある物体が別の物体（場合によっては静止している物体）に力を加えると、その物体は最初の物体に同じ力を再び加える。そして、その力の大きさは等しく、方向は反対である。したがって、力を加えた物体は後方に押し出される。）[ 5 ]F→{\displaystyle {\vec {F}}}−F→{\displaystyle -{\vec {F}}}F→{\displaystyle {\vec {F}}}−F→{\displaystyle -{\vec {F}}}F→{\displaystyle {\vec {F}}}

ニュートンの三法則は、宇宙空間を周回する物体を理解するための正確な数学モデルを初めて提供した。この説明は、天体の運動と地球上の物体の運動を統一した。

相対論的力学

現代の運動学は電磁気学の研究とともに発展し、すべての速度は光速との比で表されます。速度はラピディティ、つまり双曲正接関数の双曲角として解釈されます。加速度、つまり時間経過に伴う速度の変化は、ローレンツ変換に従ってラピディティが変化します。この力学の部分は特殊相対性理論です。重力を相対論的力学に組み込む試みは、W・K・クリフォードとアルバート・アインシュタインによって行われました。この発展は、重力のある曲がった宇宙を記述するために微分幾何学を用いて行われました。この研究は一般相対性理論と呼ばれています。 v{\displaystyle v}c{\displaystyle c}φ{\displaystyle \varphi }タン⁡φ＝v÷c{\displaystyle \tanh \varphi =v\div c}

量子力学

量子力学は、物質（分子と原子）と素粒子（電子、陽子、中性子、そしてクォークなどのさらに小さな素粒子）の原子レベルにおける物理的実在を記述する一連の原理である。これらの記述には、波動粒子二重性で説明される、物質と放射線エネルギーの波動性と粒子性の同時的な挙動が含まれる。[ 6 ]

古典力学では、物体の位置や速度といった状態を正確に測定・予測することができます。一方、量子力学では、ハイゼンベルクの不確定性原理により、素粒子の位置や速度といった状態を完全に同時に決定することはできません。[ 7 ]

量子力学は原子レベルの現象の運動を記述するだけでなく、超流動、超伝導、嗅覚受容体の機能やタンパク質の構造を含む生物システムなどの大規模な現象を理解するのにも役立ちます。[ 8 ]

桁違いの

人間は、宇宙で知られているすべてのものと同様に、常に動いている。[ 2 ]：8–9 しかし、様々な外部の体の部分の明らかな動きや移動とは別に、人間はより知覚しにくい様々な方法で動いている。これらの「知覚できない動き」の多くは、特別な道具と注意深い観察の助けを借りてのみ知覚できる。より大きなスケールの知覚できない動きを人間が知覚することが難しいのには、2つの理由がある。1つはニュートンの運動の法則（特に3番目）で、観察者がつながっている質量の動きを感じることができないこと、もう1つは、個人が動いていることを容易に見ることができる明白な参照フレームが欠如していることである。 [ 9 ]これらの動きのより小さなスケールは、従来の人間の感覚で検出するには小さすぎる。

宇宙

時空（宇宙の構造）は膨張しており、これは宇宙のあらゆるものがゴムバンドのように伸びていることを意味します。この動きは最も謎めいており、物理的な動きを伴うものではなく、宇宙の性質における根本的な変化です。この膨張を証明した主要な根拠は、エドウィン・ハッブルです。彼は、すべての銀河と遠方の天体が地球から遠ざかっていることを実証しました。これはハッブルの法則として知られ、宇宙の膨張によって予測されました。[ 10 ]

銀河

天の川銀河は宇宙空間を移動しており、多くの天文学者は、その速度は他の近隣銀河の観測位置と比較して約600キロメートル/秒（時速1,340,000マイル）であると考えています。もう一つの基準となるのが宇宙マイクロ波背景放射です。この基準系は、天の川銀河が約582キロメートル/秒（時速1,300,000マイル）で移動していることを示しています。[ 11 ]

太陽と太陽系

天の川銀河は高密度の銀河中心の周りを回転しており、太陽は銀河の重力の中で円運動をしています。中心バルジ、つまり外縁部から離れた場所では、恒星の典型的な速度は秒速210～240キロメートル（時速47万～54万マイル）です。[ 12 ]すべての惑星とその衛星は太陽と共に動いています。したがって、太陽系は運動しています。

地球

地球は自転しています。これは昼夜によって証明されており、赤道上では地球は東向きに毎秒0.4651キロメートル（時速1,040マイル）の速度で移動しています。[ 13 ]地球はまた、太陽の周りを公転しています。太陽の周りを一周するのに1年、つまり約365日かかります。平均速度は毎秒約30キロメートル（時速67,000マイル）です。[ 14 ]

大陸

プレートテクトニクスの理論によれば、大陸はマントル内の対流に乗って移動しており、地球の表面を年間約2.54センチメートル（1インチ）というゆっくりとした速度で移動しています。[ 15 ] [ 16 ]しかし、プレートの速度は大きく異なります。最も速く移動しているプレートは海洋プレートで、ココスプレートは年間75ミリメートル（3.0インチ）の速度で前進しています[ 17 ]、太平洋プレートは年間52～69ミリメートル（2.0～2.7インチ）移動しています。その対極にある最も遅いプレートはユーラシアプレートで、通常は年間約21ミリメートル（0.83インチ）の速度で前進しています。

内部本体

人間の心臓は定期的に収縮して血液を体中に送り出しています。体内の太い静脈や動脈では、血液はおよそ 0.33 m/s の速度で流れていることが分かっています。ただし、かなりの変動があり、大静脈の最大流量は 0.1～0.45 メートル/秒 (0.33～1.48 フィート/秒) であることが分かっています。[ 18 ]さらに、中空の内臓の平滑筋も動いています。最もよく知られているのは蠕動運動で、消化された食物はこれを通じて消化管全体に押し出されます。さまざまな食物がさまざまな速度で体内を移動しますが、人間の小腸の平均速度は時速 3.48 キロメートル (2.16 マイル/時) です。[ 19 ]人間のリンパ系も、余分な体液、脂質、免疫系関連の産物を体中で絶えず移動させています。リンパ液は皮膚のリンパ管を約0.0000097 m/sの速度で移動することが分かっています。[ 20 ]

細胞

人体の細胞には、細胞内を移動する多くの構造物や細胞小器官が存在する。細胞質流動は、細胞が分子状物質を細胞質内を移動させる方法である[ 21 ]。様々なモータータンパク質が細胞内で分子モーターとして機能し、微小管などの様々な細胞基質の表面に沿って移動する。モータータンパク質は、通常、アデノシン三リン酸（ATP）の加水分解によって駆動され、化学エネルギーを機械的仕事に変換する。[ 22 ]モータータンパク質によって推進される小胞の速度は約0.00000152 m/sであることが分かっている[ 23 ] 。

粒子

熱力学の法則によれば、物質のすべての粒子は、温度が絶対零度以上である限り、常にランダムな運動を続けています。したがって、人体を構成する分子や原子は振動し、衝突し、運動しています。この運動は温度として感知されます。温度が高いほど粒子の運動エネルギーは大きくなり、人間は触れた物体から神経に伝わる熱エネルギーを感知し、温かく感じます。同様に、温度の低い物体に触れると、感覚は体から熱が奪われる感覚を冷たさとして感じます。[ 24 ]

素粒子

標準的な原子軌道モデルでは、電子は各原子の原子核の周りの領域に存在します。この領域は電子雲と呼ばれます。ボーアの原子モデルによると、電子は高速で、電子が周回する原子核が大きいほど速く移動する必要があります。電子が惑星が太陽の周りを回るのと同じように厳密な軌道で電子雲の周りを移動するとしたら、電子は光速をはるかに超える速度で移動する必要があります。しかし、この厳密な概念化（電子がマクロな物体と同じように軌道を移動する）に限定する必要はなく、電子を電子雲の境界内に気まぐれに存在する「粒子」として概念化することができます。[ 25 ]原子核内では、陽子と中性子も、陽子間の電気的反発と両方の粒子の角運動量の存在により、おそらく動き回っています。 [ 26 ]

ライト

真空中における光速は299,792,458 m/s、つまり299,792.458キロメートル/秒（186,282.397マイル/秒）です。真空中の光速（または）は、真空中における質量のないすべての粒子とそれに関連する場の速度でもあり、エネルギー、物質、情報、または因果関係が移動できる速度の上限です。したがって、真空中の光速は、すべての物理系の速度の上限です。 c{\displaystyle c}

さらに、光速度は不変量であり、観測者の位置や速度に関わらず同じ値を持ちます。この性質により、光速度cは速度の自然な測定単位であり、自然界の 基本定数となっています。

2019年、光速はSI基本単位7つすべてと並行して、「明示的定数定式化」と呼ばれる手法を用いて再定義されました。これは、光速の場合と同様に、「各単位は、よく知られた基本定数の正確な値を明示的に指定することによって間接的に定義される」というものです。メートルの定義については、新しい、しかし完全に同等の文言が提案されました。「メートル（記号m）は長さの単位である。その大きさは、真空中の光速の数値を正確に固定することによって設定される。」SI単位のms -1で表すと299 792 458になります。」[ 27 ]光速のこの暗黙の変更は、新SIとも呼ばれる2019年のSI改訂に組み込まれた変更の1つでした。[ 28 ]

超光速運動

ある種の運動は観測者には光速を超えて見える。これらの物体から放出される相対論的なジェットに沿って移動するエネルギーのバーストは、光速よりも速く見える固有運動をすることができる。これらの発生源はすべてブラックホールを含んでいると考えられており、これが高速で質量を放出する原因となっている。光のエコーもまた見かけ上の超光速運動を生み出すことがある。[ 29 ]これは長距離における運動の計算方法に起因して発生する。計算では光速が有限であるという事実が考慮されていないことがよくある。空を横切る遠くの物体の動きを測定する場合、遠くの物体からの光が我々に届くまでの距離が大きいため、観測されたものと実際に起こったことの間には大きな時間遅延が生じる。上記の単純な計算における誤差は、物体が地球に向かう速度成分を持っている場合、物体が地球に近づくにつれてその時間遅延が小さくなるという事実から生じる。つまり、上で計算した見かけの速度は実際の速度よりも大きいということである。同様に、物体が地球から遠ざかっている場合、上記の計算では実際の速度を過小評価することになります。[ 30 ]

動きの種類

  • 単振動- 物体が振動し、その復元力が物体の変位に正比例する運動。数学的には、力は変位の負の数に正比例します。負の符号は、力が復元力を持つことを示します（例：振り子）。
  • 直線運動-直線的な経路をたどり、その移動量は軌跡と全く同じである運動。[直線運動とも呼ばれる]
  • 往復運動
  • ブラウン運動– 非常に小さな粒子のランダムな運動
  • 円運動
  • 回転運動– 固定点の周りの運動。(例:観覧車)。
  • 曲線運動– 平面または 3 次元の曲線経路に沿った運動として定義されます。
  • 回転運動（自転車の車輪のような）
  • 振動型（左右に揺れる）
  • 振動運動
  • 組み合わせ（または同時）動作 - 上記の2つ以上の動作の組み合わせ
  • 投射運動- 等速水平運動 + 垂直加速運動

基本的な動き

参照

  • 偏向（物理学）  - 衝突または力場による移動物体の軌道の変化
  • 流れ（物理学）  - 流体の流れに関わる流体力学の側面リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
  • 運動学 – 力を考慮せずに物体の運動を記述する物理学の分野
  • 単純機械 – 力の方向や大きさを変える機械装置リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
  • 運動連鎖 – 機械システムの数学モデル
  • 電力 – 単位時間あたりに伝達または変換されるエネルギーの量
  • 機械 – 動力機械装置リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
  • マイクロスイマー – 液体を移動できる微小物体
  • 運動（幾何学）  - 幾何学的空間保存構造の変形
  • モーションキャプチャー – 物体や人の動きを記録するプロセス
  • 変位 – 移動する点の初期位置と最終位置を関連付けるベクトルリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
  • 並進運動 – ユークリッド空間内で回転を伴わない平面運動リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ

参考文献

  1. ^ Wahlin, Lars (1997). 「9.1 相対運動と絶対運動」(PDF) . The Deadbeat Universe . コロラド州ボルダー: Coultron Research. pp.  121– 129. ISBN 978-0-933407-03-9. 2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） . 2013年1月25日閲覧。
  2. ^ a bタイソン、ニール・ド・グラス、チャールズ・ツンチュー・リウ、ロバート・アイリオン（2000年）。『一つの宇宙：宇宙に棲む家』ワシントンD.C.：全米科学アカデミー出版。ISBN 978-0-309-06488-0。
  3. ^ RGラーナー、ジョージ・L・トリッグ（1991年）『物理学百科事典』（第2版）ニューヨーク：VCHパブリッシャーズISBN 0-89573-752-3. OCLC  20853637 .
  4. ^ハンド、ルイス・N.、ジャネット・D・フィンチ（1998年）『解析力学』ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-0-521-57572-0. OCLC  37903527 .
  5. ^ニュートンの「運動の公理または法則」は、1729年翻訳の『プリンキピア』第1巻19ページに掲載されています。 2015年9月28日アーカイブ、Wayback Machineにて。
  6. ^ 「ファインマン物理学講義 第1巻 第38章 波動と粒子の視点の関係」 2022年8月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年5月3日閲覧。
  7. ^ 「ハイゼンベルクの不確定性原理を理解する」 ThoughtCo . 2022年5月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年5月10日閲覧。
  8. ^ Folger, Tim (2018年10月23日). 「量子力学が私たちに見ること、嗅ぐこと、触ることを可能にする：超小型科学が私たちの日常生活に及ぼす影響」 . Discovery Magazine . 2021年1月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年10月24日閲覧。
  9. ^サフカン、ヤサル。「質問：『絶対運動』という用語に意味がないのなら、なぜ地球が太陽の周りを回っていると言い、その逆は言わないのでしょうか？」専門家に聞く。PhysLink.com。2013年11月3日時点のオリジナルからアーカイブ。 2014年1月25日閲覧。
  10. ^ハッブル、エドウィン (1929-03-15). 「銀河系外星雲における距離と視線速度の関係」 .米国科学アカデミー紀要. 15 (3): 168– 173. Bibcode : 1929PNAS...15..168H . doi : 10.1073/ pnas.15.3.168 . PMC 522427. PMID 16577160 .  
  11. ^コグット、A.;ラインウィーバー、C.スムート、GF;カリフォルニア州ベネット。バンデイ、A.ボゲス, 北西部;チェン、ES;デ・アミチ、G.フィクセン、DJ。ヒンショー、G.ジャクソンPD。ヤンセン、M.キーグストラ、P.ローウェンスタイン、K.ルービン、P.マザー、JC。テノリオ、L.ワイス、R. DT、ウィルキンソン。ライト、EL (1993)。 「COBE 微分マイクロ波放射計の初年度空図における双極子異方性」。天体物理学ジャーナル。419 : 1.arXiv : astro -ph/9312056。Bibcode : 1993ApJ...419....1K。土井：10.1086/173453。S2CID 209835274。 
  12. ^今村, ジム (2006年8月10日). 「天の川銀河の質量」 .オレゴン大学. 2007年3月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年5月10日閲覧。
  13. ^天体物理学者に聞く（Wayback Machineで2009年3月11日にアーカイブ）NASAグッダード宇宙飛行センター。
  14. ^ Williams, David R. (2004年9月1日). 「地球ファクトシート」 . NASA . 2013年5月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年3月17日閲覧。
  15. ^スタッフ。「GPS時系列」 NASA JPL。2011年7月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年4月2日閲覧。
  16. ^ Huang, Zhen Shao (2001). Elert, Glenn (ed.). 「大陸プレートの速度」 . The Physics Factbook . 2020年6月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年6月20日閲覧。
  17. ^ Meschede, M.; Udo Barckhausen, U. (2000年11月20日). 「ココス・ナスカ拡大中心のプレートテクトニック進化」 .海洋掘削プログラム議事録.テキサスA&M大学. 2011年8月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年4月2日閲覧。
  18. ^ウェクスラー、L.; DHバーゲル。 ITゲイブ; GSマキン。 CJミルズ（1968年9月1日）。「正常なヒトの大静脈における血流速度」。循環研究。23 (3): 349–359。土井: 10.1161/01.RES.23.3.349。PMID 5676450。 
  19. ^ Bowen, R (2006年5月27日). 「消化管通過：どれくらい時間がかかるのか？」 .消化器系の病態生理学.コロラド州立大学. 2015年4月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年1月25日閲覧。
  20. ^ M. Fischer; UK Franzeck; I. Herrig; U. Costanzo; S. Wen; M. Schiesser; U. Hoffmann; A. Bollinger (1996年1月1日). 「ヒト皮膚における単一リンパ毛細血管の流速」Am J Physiol Heart Circ Physiol . 270 (1): H358– H363. doi : 10.1152/ajpheart.1996.270.1.H358 . PMID 8769772 . 
  21. ^ 「細胞質流動 - 生物学」ブリタニカ百科事典。2008年6月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年6月23日閲覧。
  22. ^ 「微小管モーター」 rpi.edu 2007年11月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  23. ^ Hill, David; Holzwarth, George; Bonin, Keith (2002). 「細胞内モータータンパク質駆動小胞の速度と抗力」APS南東部支部会議抄録. 69 : EA.002. Bibcode : 2002APS..SES.EA002H .
  24. ^温度とBEC。Wayback Machineに2007年11月10日アーカイブ。物理学2000：コロラド州立大学物理学部
  25. ^ 「教室リソース」 . anl.gov . アルゴンヌ国立研究所. 2010年6月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年3月9日閲覧。
  26. ^ 「第2章 核科学 - 核科学壁掛けチャートのガイド。バークレー国立研究所」(PDF)。2009年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。 2009年3月9日閲覧。
  27. ^ 「「明示的定数」定式化」 BIPM 2011年。2014年8月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  28. ^例えば以下を参照してください:
  29. ^ Bond, HE;​​ et al. (2003). 「恒星周回光エコーを伴う高エネルギー恒星爆発」. Nature . 422 (6930): 405– 408. arXiv : astro-ph/0303513 . Bibcode : 2003Natur.422..405B . doi : 10.1038 / nature01508 . PMID 12660776. S2CID 90973 .  
  30. ^マイヤー、アイリーン (2018年6月). 「M84における可視光線/紫外線ジェット/カウンタージェットと複数のスペクトル成分の検出」 .アストロフィジカル・ジャーナル. 680 (1): 9. arXiv : 1804.05122 . Bibcode : 2018ApJ...860....9M . doi : 10.3847/1538-4357/aabf39 . S2CID 67822924 . 
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