加速度とは?求め方や単位の種類、実例などを徹底解説!

バイクの加速

小学生の時に習った、速さ、時間、距離。この3つは日常生活でも良く出てくるのでとてもイメージしやすいですよね。しかし、ここから一歩進んで加速度というと途端に分からなくなりますよね。加速度とはいったいどのようなものなのでしょうか?また、1m/s2といったら、いったいどのくらいの加速力なのでしょうか?このページでは、そんな普段の生活では分かりづらい加速度について徹底解説していきます!

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加速度の定義

まずは、加速度の定義から見ていきます。早速ですが、加速度の定義は下記の通りです。

加速度の定義

単位時間当たりの速度の変化の割合(=速度変化÷時間)

そう、加速度とは、速度の変化の割合のことだったのですね!

単位時間とは、ある一定の時間を指します。加速度の単位時間は通常1秒を使いますから、加速度は1秒当たりの速度の変化率ということになります。ただ、この定義だけみても加速度がどのようなものなのかはまだ分かりづらいところがありますよね。ここから、もっと詳しく加速度についてみていきます。

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加速度の単位

ここから、加速度の単位についてみていきます。加速度は速さ÷時間で表されており、速さは距離÷時間と定義されていますから、加速度はの単位は「距離÷時間÷時間」といった形になっています。そのため、m/s2などといった加速度の単位は分母のsが二乗になっている、少し不思議な単位になっています。

m/s2

m/s2は「メートル毎秒毎秒」と読み、加速度の中で最も良く使われる単位です。1m/s2の加速度は、1秒当たり1m/sの速度変化があるという意味になります。

km/h/s

km/h/sは「キロメートル毎時毎秒」と読み、電車や新幹線の加速力を表すときに良く使われます。普段見慣れないので一瞬どんな単位なのか分からなくなりますが、良く見ると「km/h」の部分が時速で、「s」の部分が秒であることが分かります。つまり1km/h/sの加速度は、1秒当たり1km/h加速するという意味になります。例えば、1km/h/sの加速性能がある電車であれは、1秒につき時速1km加速できることになります。普段私たちは速度を表すのに時速を良く使っていますから、感覚的にはこちらの単位の方が分かりやすいのかもしれません。ちなみにkm/h/sをm/s2に換算すると、1km/h/s≒0.28m/s2となります。

G

Gは読んで字のごとく「ジー」と読み、地球の重力加速度を表します。英語で重力を意味する「gravity」という単語の頭文字です。これは地球表面の物体が地球の重力に引っ張られて加速するときの加速度で、地上で何か物が落ちていくときの加速度になります。ちなみGをm/s2に換算すると、1G≒9.81m/s2となります。

Gal

Galは「ガル」と読み、地震の揺れを表すときに良く使われる加速度です。このガルは、cgs単位系と呼ばれる、「cm(センチメートル)」「g(グラム)」「s(秒)」を基本単位として使用する単位系の加速度です。つまり、Gal=cm/s2ということです。ご存知の通りcm(センチメートル)はm(メートル)の100分の1ですから、Galをm/s2に換算すると、1Gal=0.01m/s2となります。

加速度の求め方

次は、加速度の求め方を例題と一緒にみていきたいと思います。

『例題』止まっている状態の自転車が5秒で速度10m/sまで加速したときの加速度はいくらでしょう?

『答え』10m/s÷5s=2m/s2

加速度は単位時間当たりの速度の変化率ですから、「速度変化÷時間」で求めることができます。ここでは、速度ゼロの自転車が10m/sまで加速されていますから、速度変化は10m/sです。そして時間は5秒ですから、上記の通りの計算式と答えになります。

 

加速度は速度の微分!高校の数学で習う微分積分を使うと、加速度は速度の微分で求めることができ、「a=dv/dt」(a=加速度、v=速度、t=時間)というとてもシンプルな公式で表されます。日常生活で我々がこのような難しい数学に触れることはほとんどありませんが、このようなシンプルな公式を見ると数学の美しさを実感することができますね。

 

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いろいろな加速度

これまで加速度についていろいろ学んできましたが、まだ感覚的にいまいちピンと来ないところがあるのではないかと思います。そこで、ここからは電車や動物などいろいろな加速度をみていき、加速度が感覚的にどのくらいの加速力なのかみていきたいと思います。

◆電車・新幹線=約0.7m/s2

電車や新幹線の加速度は、だいたい2.5km/h/sくらいで、m/s2に換算すると約0.7m/s2になります。かなり高性能の車両になると、1m/s2に届くものもあります。なので、1m/s2の加速度と言えば、感覚的にはだいたい電車の加速度といったろころになります。普段の生活では電車の加速はかなりゆっくりに感じますから、1m/s2の加速度は意外とゆっくりとした加速具合なのが分かりますね。

◆人間=約3m/s2

我々人間が止まっている状態から全力でダッシュを開始したときに加速する加速度は、およを3m/s2です。ちなみに人類最速のウサイン・ボルトは、スタート後3秒でほぼトップスピードの時速40キロ超(秒速12m/s)まで加速していますから、その間の加速度は約4m/s2くらいで加速していたことになります。

◆乗用車・飛行機=約5m/s2(0.5G)

乗用車のアクセルを全力で踏み込んだときや、飛行機の離陸の時の加速度が約5m/s2です。自動車の場合、街中を走るときなどふんわりとアクセルを踏んだときの加速度はもう少し遅くて、約2~3m/s2ほどです。アクセル全開でキックダウンしたときや、飛行機の離陸する瞬間などは、加速するときに体が後ろに持っていかれるような感覚になりますから、この辺りの加速度はかなり速い加速という感覚になりますね。

◆重力・スポーツカー・チーター=約10m/s2(1G)

地球の重力(重力加速度)、最高性能のスポーツカー、地球上最速の動物であるチーターがほぼ同じくらいの加速度で、その値は約10m/s2です。この加速度では、およそ3秒で時速100kmに到達します。一般人の我々がこの加速度を体感するのに便利なのが、遊園地のジェットコースターやフリーフォールです。これらの乗り物は重力に引っ張られて落下していきますから、加速のスピードはまさに重力加速度の通りとなります。このレベルの加速度となるともはや絶叫レベルですから、速いといったレベルではなくなりますね。それにしても、生身のチーターがこんな加速度で加速できるなんてすごいですよね。もし狙われてしまったら、絶対に逃げ切れそうにないです(笑)

まとめ

以上が、加速度についてです。

言葉くらいは聞いたことがあるのもの、いまいち良く分からなかった加速度、どのようなものかイメージが湧いてきたのではないかと思います。これから電車や車で加速を感じるときは、頭の片隅で加速度について思い出してみてはいかがでしょうか?

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