ある物体が力を受けていない状態を考えよう。
外からは何も影響(=作用)を及ぼされていない。
すると、物体はどう動くか。
例えば、止まっている物体ならば、外から
作用を受けていないのだから、止まったまま。
動いている物体なら？
作用を受けていないのだから、今の動きのままになる。
止まっている物体も止まり続けているのだから、
作用のないときは、現在の動きのままでい続ける。
現在の動きでい続ける、ということは、
現在の速度を維持する、という意味である。
止まっているものは速度v=0。
止まり続けるというのは速度v=0であり続ける。
ある速度vで動いている物体は、速度vであり続ける。
ところで同じ速度であり続ける、ということは
ずっと同じ方向へ同じ速度で運動する、ということになる。
ずっと同じ方向への運動なので、その軌跡は直線になる。
そのため、この運動を等速直線運動ともいう。
力を受けていない物体は等速直線運動をする。
これを慣性の法則 (あるいはニュートンの運動の第1法則)、という。
では力を受けると、どうなるだろうか？
力を受けると運動が変わる
イコール、力を受けると速度が変化する。
力とは速度を変化させるものなのだ。
力Fによって、時間δtの間に物体の速度がvからv+δvに変化したとする。
速度の変化、加速度aを、
a=δv/δt
と定義することができる。
(より正確な定義には微分の概念が必要になる)
力は速度を変化させるものなので、力の大きさFは加速度aに比例する。
同じ力を働かせたら、同じだけ加速度が働くだろうか。
思い切りバットをスイングしたとする。
静止している野球のボールとボーリングのボールでは、
明らかに野球のボールの方が遠くまで飛ぶだろう。
2回のフルスイングで大きく力は変わらないはずなのに、
与えられた速度は野球ボールの方が大きい。
この、力と加速度の間の関係を、質量、と名付ける。
すなわち、力Fをある質量mをもつ物体にかけたとき、
加速度aが働いたのならば、
F=ma
としようと考えたのだ。
これをニュートンの運動の第三法則といったりもする。
質量mはどう与えるといいだろうか。
ところで、地球上にある全ての物質は地球の重力を受けている。
地球上にある物体の重さ(=地球中心へ働く引力)は、もちろん
質量に比例する。
なので、重さで質量を与えてしまえば、わかりやすくてよい。
質量1kgというのは、地球表面での重さが1kgの物質である。
こうして、質量が与えられ、あとはどのような力が働いているのか
わかれば、物体に働く加速度がわかる。
物体に働く加速度がわかれば、物体がどのような速度で
動くのかわかるので、物体の運動 (=物体の移動の軌跡)が
わかるようになる。