初等物理学公式集

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以下に、日本の物理学教育において大学入学程度の水準までで用いられる、主な公式をジャンルごとに分けて記しておく。

古典力学[編集]

速度・加速度[編集]

  • 速度
    • 距離 x (m) を経過時間 t (s) で等速直線運動する物体の速さ v (m/s)
    • 時刻 t (s) における変位 x (m) の物体の平均の速さ (m/s)
    • 時刻 t (s) における変位 x (m) の物体の瞬間の速さ (m/s)
  • 加速度
    • 経過時間 (s) の間の速度の変化 (m/s) の物体の平均の加速度 (m/s2)
    • 経過時間 (s) の間の速度の変化 (m/s) の物体の瞬間の加速度 (m/s2)
  • 等加速度直線運動
    • 一定の加速度 a (m/s2) で加速する初速度 v0 (m/s) の物体の時刻 t (s) における速度 v (m/s) と変位 x (m)

運動方程式[編集]

  • 質量 m、加速度 の質点にかかる力

摩擦力[編集]

  • 静止摩擦係数 、垂直抗力 N の物体にはたらく最大静止摩擦力 Fmax
  • 動摩擦係数 、垂直抗力 N の物体にはたらく動摩擦力
  • 摩擦角 のときの静止摩擦係数

コリオリの力[編集]

  • 速度 、角速度 で回転運動する質量 m の物体にはたらくコリオリの力

ケプラーの法則[編集]

  • 惑星の公転周期 T、長半径 a

万有引力の法則[編集]

  • 質量 M, m、距離 r の物体間にはたらく万有引力 F
G は万有引力定数)
  • 重力場
  • 重力質量と慣性質量の等価性
  • 落下
  • 位置エネルギー

等速円運動[編集]

    • (周期)
    • (バネの力)
    • (バネのエネルギー)
    • (単振動の角速度)
    • (単振り子の角速度)
  • 角速度 で回転運動する質量 m の物体が回転の中心から の位置にあるときの遠心力

力学的保存量[編集]

    • 力積
    • (運動量保存)
    • (運動エネルギー)
    • 力学的エネルギー保存
    • (仕事)
    • (仕事率、ワット)

熱力学[編集]

熱力学[編集]

以下、理想気体の場合を想定する。

  • 気体の圧力
  • 気体の仕事
  • アボガドロ数
  • 気体の状態方程式
  • 熱エネルギー
  • 分圧と全圧の関係式

熱量と熱機関

  • 比熱
  • 気体のモル比熱
  • 熱エネルギー保存
  • 定圧モル比熱と定積モル比熱の差
  • 変換熱量とP-V図の面積
  • 閉じた系の内部エネルギー変化
(熱力学第一法則)

波動力学[編集]

  • 横波: 振動方向と進行方向が直交
  • 縦波: 振動方向と進行方向が同じ
  • 波形の公式
  • 振動数を f (Hz)、周期を T (s) とすると:
  • 振動数 f (Hz)、波長 λ (m) のときの波の速さ v (m/s)
  • 干渉による強め合い
  • 干渉による弱め合い
  • 入射角を i (rad)、入射波の速さと波長を vi (m/s)、λi (m)、屈折角を r (rad)、屈折波の速さと波長を vr (m/s)、λr (m) としたときの屈折率 n
(スネルの法則、屈折の法則)
  • 波の速さ V (m/s)、観測者の速さ vo (m/s) (近づくとき正)、音源の速さ vs (m/s) (近づくとき正)、元の周波数 f (Hz) としたときに観測される周波数 f' (Hz)

音の場合[編集]

  • うなり振動数
  • 弦、両閉、両開気柱の振動
  • 片開気柱の振動
  • 弦の振動周波数

光の場合[編集]

  • 真空中の光速
  • 絶対屈折率
  • 全反射の条件
  • 強めあう回折条件(波長ズレなし)
  • 弱めあう回折条件(波長ズレなし)

電気回路[編集]

  • 電流の強さ I (A)、電圧 V (V)、抵抗 R (Ω)
    (オームの法則)
  • (キルヒホッフの法則)
  • 電気抵抗
  • (形状と抵抗値)
  • (直列接続の合成則)
  • (並列接続の合成則)
  • (ホイートストンブリッジの平衡条件)
  • (消費電力)
  • (ジュールの法則)

コンデンサ

  • (コンデンサの電気容量)
  • (コンデンサのエネルギー)
  • (平板コンデンサの容量)
  • (直列接続の合成則)
  • (並列接続の合成則)
  • (コンデンサの消費電力)

コイル

  • (直列接続の合成則)
  • (並列接続の合成則)
  • (コイルの消費電力)

交流回路

  • (交流波形)
  • (実効電圧)
  • (実効電流)
  • (容量リアクタンス)
  • (誘導リアクタンス)
  • (直列合成インピーダンス)
  • (変圧トランス)
  • (LC回路の共振条件)

電磁気学[編集]

静電気・電界[編集]

  • 電気量 q1 (C) と q2 (C) の点電荷間の距離を r (m)、誘電率を ε (F/m) とするときに働く静電気力 f (N)
    (クーロンの法則)
  • 電場
  • 一様な電場で生じる電位
  • 電気的位置エネルギー
  • 電流と電荷の関係

磁界[編集]

  • (磁気のクーロンの法則)
  • (磁場)
  • (線電流の作る磁場)
  • (円電流の作る磁場)
  • (磁束密度)
  • (ローレンツ力)
  • (フレミングの法則)

電磁誘導[編集]

  • (磁束)
  • (ファラデーの法則)
  • (誘導起電力)

量子力学[編集]

  • プランク定数 h、位置の不確かさ 、運動量の不確かさ
(不確定性原理)
  • (質量エネルギー)

原子核物理学[編集]

  • (光電効果)
  • (光子のエネルギー)
  • (光子の運動量)