2017年9月8日金曜日

受験科目特集『物理の公式を仕組みから理解編』 アシスタントアドバイザー遠藤

皆さんこんにちは、アシスタントアドバイザーの遠藤です。
 
 

 
さて、今回は『受験科目特集』ということで、
私からは得意科目だった物理の取り組み方をご紹介したいと思います。
物理を得意科目にしたいと思う人は是非参考にしてください!
 
物理は大きく分けて力学波動電磁気熱力学原子5分野に分けられますが、
私は電気系を専攻していますので、この中でも電磁気について、
例を用いて説明したいと思います。
 
電磁気に限らず、物理で大事なことは、
公式をきちんと理解して使えるようにすることです。
電磁気の中で重要な公式の1つである「クーロンの法則」がありますが、
ではこの公式を別の公式から導き出すことはできますか?
 
この公式を導くには、「ガウスの法則」を用います。
「任意の閉曲面上の外向き全電気力線のε0倍は、その閉曲面の中にある
電荷台数和である」という公式です。
ここで、電気力線とは、電界の大きさを図示したものです。
ちなみに単位面積を通る電気力線の数は、
その面に流れる電界の強さE [V/m]を表すのでしたね。
 

図を見てください。この図でガウスの法則を適用すると、
「閉曲面での電気力線数(電荷Qからr[m]離れた場所で発生する電界E
閉曲面の面積をかけたもの)をε0倍したものが、
その閉表面内にある電荷Qと等しくなる」ということです。


ここで、電界E[V/m]のところでQ[C]の電荷はQE[N]の力を受けるため、
閉曲面上にいる電荷が受ける力F[N]はそこにかかる電界をかけて

これがクーロンの法則です。
物理は公式を丸暗記して使っているという人も多いかもしれませんが、
得意になるためには一歩踏み込んでその公式がなぜ成り立つのか理解できると
難しい問題も解けるようになってくると思います。
 
また、物理でもう1つ重要なことがあります。それは感覚的に理解するということです。

図を見てください。この回路でI[A]はいくらになりますか?
並列回路になっているからまず合成抵抗を求めて…と解く人が多いかもしれませんが、
もっと簡単な解き方があります。
 
並列回路ではかかる電圧はどの抵抗でも同じです。
また、電流は抵抗が大きいほど流れにくいです。
つまり、並列回路の抵抗に流れる電流はそれぞれV=RIのオームの法則よりI=V/R
つまりRの逆数に比例することになります。
 
今回は3つの抵抗の並列回路なので、左からRの比をとると、1:5:20、
さらにその逆数の比をとると、1:1/5:1/20、つまり、20:4:1になります。

よって、Iはもともと流れてきた100[A]1/25の電流が流れることになるので、
答えは4[A]です。
 
物理はおそらく受験科目の中で一番覚えることが少ないです。
しかし、その分だけしっかり理解することが大切になります。
ですから、物理は
 
1.公式はなぜそうなるのかをしっかり理解する
2.論理的に考えるのが難しい場合は感覚的に理解する
 
この2つを意識して頑張ってみてください。
また物理の公式の証明が分からないなどあれば、
気軽に私や他の理系アドバイザーに相談してくださいね!では今回はこの辺で。
 
アシスタントアドバイザー 遠藤