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同時に2つ変数が動き回ったり、
3次元空間を曲線運動したりすると、
頭の中が、

？？？？？？

となってしまいます。

そんなときに登場するのが、「分析と総合の手法」です。

まず、複雑な運動・現象を、僕たちの脳が、

「うん、うん、それなら分かる」

と思えるくらいまで、分割します。

この操作が、「分析」です。

分けて、調べるんですね。

そして、複雑な運動・現象を、単純な要素の合成・集合として
把握します。

この「まとめあげる作業」のことを、「総合」と言います。

「統合」ということもあります。

このようにして、「単純な要素と、それらの集合体としての全体」
というように理解するのです。

例を挙げると、

放物運動は、水平方向の等速運動と、鉛直方向の等加速度運動に分解し、その合成として2次曲線（放物線）になることを理解します。

磁場中における荷電粒子のらせん運動は、等速円運動と等速運動に分解し、その合成としてらせん運動をイメージします。

2物体が糸でつながって連動して動く場合は、１つずつの運動に分解し、
相互作用を消去してまとめて、物体系の運動を理解します。

このように、物理を勉強していると、分析と総合の手法は、
いたるところに登場します。

この手法の前提にあるのは、

細かく分けていけば、単純で理解可能な「要素」に突き当たり、
その「要素」を理解すれば、現象を理解できるんだ！

という考え方です。

これを「要素還元主義」といいます。

２０世紀は、さまざまな分野において、要素還元主義に基づく
研究がなされ、成果を上げてきました。

ただ、要素還元主義は、確かに分かりやすいのですが、
万能ではありません。



物理 参考書

パンチ力はありません。
防御もうまくありません。

ただ、そんな右田にも、得意なものがひとつだけありました。

それは、

　　　減量
　　　~~~~~

試合前には、いつも、1ｇの狂いもなく、ぴったりと合わせてきます。
ジムの会長はいつも、

　「お前は、減量だったら、誰にもまけねぇ。自信を持てライト」

と言っています。

あるとき、右田は、

「風船でそらを飛ぼう！」

と思い立ち、ファイトマネーを蓄えた貯金を使い、
大量の風船、ネット、ヘリウムガスを買いました。

早速、ヘリウムガスをたくさんの風船に封入し、
それをネットでまとめ、風船気球を作りました。

そして、田舎の幼い弟が、いつかチャンピオンになるようにと
作ってくれた手作りのチャンピオンベルトを風船気球に
結び付けました。

チャンピオンベルトを締め、
いざ、テスト飛行開始です。

おもり代わりに使っていたサンドバックをはずし、
いざ飛ぼうとするのですが、体は浮き上がりません。

貯金を使い果たした右田にとって、
できることは１つだけ、

それは、減量。
それなら誰にも負けません。

その日から、浮き上がるための、過酷な減量が始まりました。

早朝からロードワーク。
縄跳びで汗をかき、
ボクシングジムでサンドバックを叩く。

「浮くぞ！　浮くぞ！　浮くぞ！！！！」

そして、

目標としていた１２月３１日の大晦日がやってきました。

右田は、この日に向けて、
厳しい減量に耐えてきました。

革のベルトを肩につけ、
右田は、自分に言い聞かせます。

「今日こそ、大丈夫！」
「絶対、浮ける！」
「俺は誰だ？」
「ライト右田だ！」
「減量なら誰にも負けねぇ！」

右田は、今日、受けなかったら、ボクサーを引退する決意です。

いよいよ、その瞬間はやってきました。

おもり代わりに使っていたサンドバックをはずしました。

浮きません。

右田は、がっくりと肩を落としました。

「やるだけやった！」
「燃え尽きたよ！」

右田は、引退を決意し、チャンピオンベルトをはずしました。

そして、

「本物のチャンピオンベルトは、結局巻けなかったなぁ。」

とつぶやきながら、ベルトをそっと地面に置きました。

ベルトは、地面から浮き上がることなく、
そこに止まっていました。

右田は、それを見てつぶやきました。

「手ごわいわけだぜ！」

★たとえ話終了★

熱気球はなぜ浮くのか？

熱気球には、気球が押しのけた空気にはたらく重力と同じ大きさの浮力が
働きます。

ですから、浮力は、気球の大きさで決まっています。

熱気球では、バーナーで内部の気体を加熱しますが、
あれは、浮力を増しているのではなく、
内部の気体を熱膨張させて密度を小さくしているのです。

つまり、内部の気体を減らして、
気球に働く重力を小さくしているのです。

でも、もしゴンドラに働く重力のほうが、気球に働く浮力よりも
そもそも大きかったらどうなるでしょうか？

いくら気体を熱して、重さを減らしても、
そもそもゴンドラの重力のほうが大きいのですから、
浮き上がりません。

これは、チャンピオンベルトにはたらく重力のほうが、
風船気球にはたらく浮力よりも大きければ、
いくら右田が減量しても浮くことができないのと同じです。

熱気球が浮くための必要条件、分かっていただけましたか？


物理　参考書

このロボットは、世界の平和を守るだけでなく、物理の考え方も学べる優れたロボットだ。

博士は、出来上がったばかりのコントロール装置をマナブ君に渡すと、

「君が、問題に対して、式を立て、式変形すると、それに応じて、
　式変形ロボも、動き、変形する。」

「世界の平和を守れるかどうかは、君がこの物理の問題を解けるかどうかに　かかっている。がんばってくれ！」

と言い残し、状況を把握し切れていないマナブ君を残し、旅に出てしまった。

「緊急事態発生！　計算地獄獣メンドーが街で暴れています。」
サイレンが鳴り、マナブ君は、コントロール装置を持って出動した。

暴れている怪獣メンドーを目の前にして、マナブ君に物理の問題が出題された。

糸で結ばれた２つのおもりA，Bが運動する物体系の問題だ。

マナブ君は、物体Aについての運動方程式を立てた。
　→　ウカルンジャーレッドが現れた。

続いて、物体Bについての運動方程式を立てた。
　→　ウカルンジャーブルーが現れた。

マナブ君は、「分析と統合！」と叫びながら、相互作用を消去し、
物体系ABの運動方程式を作った。
　→　レッドとブルーは合体し、ウカルンジャーロボになった。

マナブ君は、ここまできて迷った。

「時間の関数を導くべきか、エネルギー保存則を導くべきか？」

まてよ、相手は、「地獄獣→じごくじゅう→じこく」
ジコクが相手なら、時間の関数だ！

マナブ君は、物体系の運度方程式から、時間の関数を導いた。
　→　ウカルンジャーロボは、ジカンソードを手にした。

「よし！これが答えだ！どうだ！」
　→　ウカルンジャーロボは、計算地獄獣メンドーに攻撃した。

しかし、効かない。
どうしてだ？？？

そうだ！次元のチェックだ！

マナブ君が、いそいで答の次元をチェックすると計算ミスが見つかった。
正しい答に直して、再挑戦だ。

どうだ！

計算地獄獣メンドーは、「有効数字６桁。。」と言い残し、
消えていった。

こうして、世界の平和は守られ、マナブ君の学力もアップした。
志望大学への合格も、この調子なら大丈夫だろう。

明日もがんばれ！　式変形ロボ・ウカルンジャー！

★たとえ話終了★

物理の式は、自然現象と対応しています。

だから、数式を式変形すると、それに対応した現象のイメージも変わります。

数式の後ろ側に、現象のイメージが張り付いていて、
そのイメージも一緒に変化するのです。

「あれ、こんなことが起こるわけないな！」
「どうせ、こうなるはずだ！」

なんていうことを、現象のイメージを見ながら、考えているのです。

だから、計算ミスなどをすると、即座に、「おかしい！ありえない！」
と気づきます。

数式を、単に数式としてみているか、
それとも、その後ろにちゃんと現象のイメージを対応させているか。

式変形ロボ・ウカルンジャーを動かしながら、式変形することが、
物理を学ぶ上で大切なことなんです。


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