運動 (物理学)

運動（motion）とは、何かの位置を変える状態、つまり、何かがある場所を変えることです。飛んでいる鳥や歩いている人が動いているのは、ある場所から別の場所へと位置を変えているからです。運動に関連した理科や数学には、さまざまな種類があります。

例えば、ガリレオ・ガリレイやアルバート・アインシュタインなどの科学者の研究のおかげで、私たちは位置と運動が相対的なものであることを知っています。これは、すべてのものの位置が、他のものとの関係でどこに存在するかによって決まるということを意味しています。例えば、ボールは箱から5フィート、椅子から3フィート、テーブルから1フィートの距離にあります。アインシュタインによると、ボールの位置とは、ボールが他のものからどれだけ離れているかを意味するので、ボールが他のものからどれだけ離れているかを伝えることで、その位置を伝えました。物体の動きも相対的なものです。その動きは、他のものとの関係でどこにあるか、他のものとの関係でどこに行くかによって決まります。

動きには、速度、速度、加速度、重力、磁気的な引力と反発、摩擦、慣性など、様々なものがあります。また、動きを生み出すためには仕事が必要です。光は、毎秒約30万キロ、毎秒約18万6000マイルで動いています。

空中を移動するカブトムシ

動物の動き

動物では、運動は神経系、特に脳と脊髄によって制御されています。

目を制御する筋肉は、中脳の視床によって駆動されます。体内のすべての随意筋は、脊髄と後脳の運動ニューロンによって駆動される。脊髄の運動ニューロンは、脊髄の神経回路と脳からの入力によって制御される。脊髄回路は多くの反射反応を行い、歩行や水泳などのリズミカルな動きも行います。脳からの下行接続により、より高度な制御が可能になります。

脳にはいくつかの運動野があり、その運動野は直接脊髄に突き出ている。最も高いレベルにあるのは一次運動野で、前頭葉の後端にある帯状の組織である。この組織は、錐体路を通って脊髄に直接大規模な突起を送る。これにより、運動の細かい部分を正確に自主的に制御することが可能になります。運動に影響を与える脳領域は他にもあります。最も重要な二次領域としては、前頭前皮質、大脳基底核、小脳などがあります。

動きの制御に関わる主な領域
エリア	場所	機能
腹角	脊髄	筋肉を直接活性化する運動ニューロンを含む
眼球運動核	中脳	目の筋肉を直接活性化する運動ニューロンを含む
小脳	後脳	ムーブメントの精度とタイミングを校正
基底核	フォアブレイン	モチベーションに基づいた行動選択
運動野	前頭葉	脊髄運動回路の直接皮質活性化
前運動野	前頭葉	初歩的な動きを協調したパターンにまとめる
補助運動領域	前頭葉	動きを時間的なパターンに連続させる
前頭前野	前頭葉	企画などの執行機能

上記のすべてに加えて、脳と脊髄には、ホルモンを分泌したり、腸の「平滑筋」を調節したりすることで機能する自律神経系を制御するための大規模な回路があります。自律神経系は、心拍数、消化、呼吸数、唾液分泌、発汗、排尿、性的興奮、その他いくつかのプロセスに影響を与えます。その機能のほとんどは、直接的な自発的な制御下にはありません。

質問と回答

Q:運動とは何ですか?

A:運動とは、何かの位置が変わったり、何かがある場所が変わったりする状態のことです。

Q:ガリレイとニュートンは誰ですか?

A:ガリレイとニュートンは運動を研究していた科学者で、彼らの研究によって、位置が相対的であること、つまり物体の位置が他の物体との関係で存在する場所に依存することが理解されました。

Q:運動学とは何を研究する学問なのですか?

A:運動学は、原因を考えずに物体の運動を研究する学問です。速度、速さ、加速度などの用語を扱います。

Q:動力学とは何を研究する学問ですか?

A:動力学は運動の原因と結果を研究します。力、慣性力、仕事、エネルギー、運動量などを扱います。

Q:基準点はどのように物体の位置を定義するのに役立ちますか?

A:基準点は、観測のための参照フレームを提供することによって、物体の位置を定義するのに役立ちます。例えば、ボールが箱、椅子、テーブルなどの他の物体からどのくらい離れているかを教えてあげれば、それらの物体との相対的な位置を判断することができます。

Q:参照枠によって運動はどのように異なって観察されるのでしょうか?

A:運動は、それを観察するときに使用する参照枠によって異なって観察することができます。例えば、2台の電車が同じ方向を向いているのに、片方は後ろに動き、もう片方は止まっているとすると、電車Aの中から見ると、電車Bに向かって動いているように見えますが、実際には全く動いていないことが分かります。