Name: 14分でわかる物理学のすべて (ALL OF PHYSICS explained in 14 Minutes)
Uploaded: 2024-09-15T16:13:57.000Z
Duration: 14 min 20 s

分詞構句

You're on a rock, floating in space, surrounded by more rocks, and gas, and a bunch of nothing, mainly.

あなたは岩の上にいて、宇宙空間に浮かんでいて、さらに岩やガスや何もないものに囲まれている。

岩はガスの周りを回っている！

いったい何が起こっているんだ？

To understand, let's look at a little bit of physics.

それを理解するために、少し物理学を見てみよう。

To find out what kind of magic this is, we'll have to go back in time.

これがどんなマジックなのかを知るには、過去に遡る必要がある。

This is Gravity Guy, but most people call him Isaac Newton.

これはグラビティ・ガイだが、たいていの人はアイザック・ニュートンと呼ぶ。

One important thing he said is that force equals mass times acceleration.

彼が言った重要なことのひとつは、力は質量に加速度をかけたものに等しいということだ。

さて、これらの言葉は何を意味するのだろうか？

Force is a push or pull on something in a certain direction.

力とは、何かをある方向に押す、あるいは引くことである。

Mass tells you how much of something there is, and it's also a measure of inertia, but we'll get to that later.

質量は、何かがどれだけの量あるかを示すものであり、慣性の尺度でもあるが、これについては後述する。

And acceleration is the derivative of velocity with respect to time, but that's too many big words for my taste, so let's just say it's how fast your velocity is changing.

加速度とは、時間に対する速度の微分であるが、私の好みからすると大げさな言葉が多すぎる。

The key takeaway is that if you apply force to a fixed mass, you get a predictable amount of acceleration.

重要なのは、固定された質量に力を加えると、予測可能な加速度が得られるということだ。

If you know all the forces acting on a basketball midair, you can predict with 100% certainty if the ball will go in the hoop or your neighbor's windshield.

空中でバスケットボールに作用する力をすべて知っていれば、ボールがフープに入るか、隣の家のフロントガラスに入るかを100％確実に予測できる。

私の頭の上にリンゴが落ちたの？

Yep, that must have happened for a reason, said Newton, as he discovered that two masses attract one another, making the apple fall.

ニュートンは、2つの質量が互いに引き合うことでリンゴが落ちることを発見したのだ。

Yes, even you, no matter how ugly you think you are, attract pretty much the whole universe, at least a little bit.

そう、あなただって、あなたがどんなに醜いと思っていても、少なくとも少しは全宇宙を引き寄せているのだ。

Yep, said Newton, who gave us the law of universal gravitation.

そう、万有引力の法則を生み出したニュートンは言った。

In other words, how much do bodies pull on each other given their mass and distance times a constant?

言い換えれば、質量と距離に定数を掛けた場合、物体は互いにどれだけ引っ張り合うのだろうか？

質量が大きければ、引きも大きい。

距離は大きく、引きは小さい。

実際には、もっと小さい引きだ。

You see, as the distance increases, the force gets smaller by the square.

ほら、距離が長くなればなるほど、力は二乗で小さくなる。

That, my friends, is the inverse square law.

Gravity is also the reason why planets in our solar system orbit the sun.

重力はまた、太陽系の惑星が太陽の周りを回る理由でもある。

They got their initial velocity when the solar system formed out of spinning gas, and since there's nothing in space to stop them from moving, they'll keep moving.

太陽系が回転するガスから形成されたときに初速を得たのであり、宇宙空間には動きを止めるものは何もないのだから、動き続けるだろう。

The sun is so massive that the force of gravity keeps pulling the planets towards the sun, but the planets are fast enough to essentially fall towards the sun but miss it, and this goes on forever, creating a round orbit.

太陽は非常に巨大なので、重力の力で惑星は太陽の方に引っ張られ続けるが、惑星は十分な速度があるので、本質的には太陽に向かって落下するが、太陽から外れてしまう。

実は、それはちょっと嘘なんだ。

Most orbits are not perfectly round, but more egg-shaped, and Pluto's orbit is just a complete mess, but you get the idea.

ほとんどの軌道は完全な円形ではなく、もっと卵型をしている。

In this case, the gravity is what we call a centripetal force.

この場合、重力はいわゆる求心力である。

One thing many people confuse is mass and weight, and no, they're not the same.

多くの人が混同していることのひとつに、質量と重量がある。

Mass tells you how much of this blob there is, and weight is the force of gravity the blob would feel.

質量はこの塊の大きさを表し、重さは塊が感じる重力の強さを表す。

To make things clear, your mass would be the same on the Earth and on the Moon, but the weight you would perceive is different because the Moon has a weaker gravitational pull, meaning a weaker force acting on your mass.

はっきりさせておきたいのは、あなたの質量は地球上でも月でも同じだが、月の方が引力が弱いため、あなたの質量に作用する力が弱いので、あなたが感じる重さは異なるということだ。

So, really, you're not overweight, you're just on the wrong planet.

つまり、あなたは太っているのではなく、地球を間違えているだけなのだ。

All right, enough about Newton, let's break some stuff.

さて、ニュートンの話はこれくらいにして、いくつか壊してみよう。

If you ever dropped your phone, it might look like this.

携帯電話を落としたら、こんなふうになるかもしれない。

The answer is energy, you know, the thing kids have after eating gummy bears.

答えはエネルギー、ほら、グミを食べた後の子供のエネルギーだよ。

Energy has the unit joule, and it's not like force, it doesn't have a direction, it's just a number that's kinda chill in there, as a property of a thing.

エネルギーにはジュールという単位があり、力とは違って方向性がない。

You see, there's two main kinds of energy, kinetic energy and potential energy.

エネルギーには運動エネルギーと位置エネルギーの2種類がある。

In plain English, energy of movement and stored energy due to some circumstance.

平たく言えば、移動のエネルギーと、何らかの状況によって蓄積されたエネルギーのことである。

For example, when you held your phone, it stored gravitational potential energy due to being held above the ground at a certain height.

例えば、あなたが携帯電話を持っているとき、それはある高さで地面より上に保持されているため、重力位置エネルギーを蓄えている。

Once you dropped it, that potential energy was converted into kinetic energy as the phone fell.

携帯電話を落とすと、その位置エネルギーは携帯電話が落下する際の運動エネルギーに変換される。

Then it smashed into the ground, and the phone absorbed some of the energy, making the screen go BOOM.

そして地面に激突し、携帯電話がそのエネルギーを吸収して画面がブーンという音を立てた。

Work is defined as force applied over distance.

仕事とは、距離にわたって加えられる力として定義される。

For example, if you lift an apple by 1 meter, you would have done about 1 joule of work.

例えば、リンゴを1メートル持ち上げると、約1ジュールの仕事をしたことになる。

This happened by converting chemical energy stored in your body to gravitational potential energy stored in the apple.

これは、あなたの体に蓄積された化学エネルギーを、リンゴに蓄積された重力位置エネルギーに変換することで起こった。

As you may have noticed, energy and work have the same unit joule.

お気づきかもしれないが、エネルギーと仕事の単位は同じジュールである。

では、この2つは同じものなのだろうか？

Uh, no, energy is the total amount of work that a thing could possibly do, and work is just the stuff that actually happened and required energy.

いや、エネルギーとは、ある物事がなしうる仕事の総量であり、仕事とは、実際に起こってエネルギーを必要としたことだ。

If you try to lift a weight that's too heavy for you, you'd feel like that took a bunch of work, right?

自分にとって重すぎる重量を持ち上げようとしたら、相当な労力が必要だと感じるだろう？

Well, yes, but your feelings are invalid in the face of physics.

まあ、そうだが、物理学の前では君の感情は無効だ。

Mathematically, no work has been done, because work is force applied over distance, and since you didn't move the weight at all, no distance means no work.

数学的には、仕事は距離に対して加えられる力であり、重りをまったく動かしていないのだから、距離がないことは仕事がないことを意味する。

The key thing to remember about energy is that it cannot be created or destroyed, only converted.

エネルギーについて覚えておくべき重要なことは、エネルギーは創造することも破壊することもできず、ただ変換されるだけだということだ。

Okay, but a car that's moving has kinetic energy.

でも、動いている車には運動エネルギーがある。

When the car stops, assuming the car doesn't smash into a wall, where does that energy go?

車が止まるとき、車が壁に激突しないとして、そのエネルギーはどこに行くのか？

When you apply the brakes, there's friction between the brakes and the wheels, causing the car to slow down, and creating heat as a byproduct.

ブレーキをかけると、ブレーキと車輪の間に摩擦が生じ、車が減速し、副産物として熱が発生する。

That heat is then dissipated into the surrounding air, and that makes the molecules in the air move faster.

その熱は周囲の空気に放散され、空気中の分子の動きを速くする。

Things that move have kinetic energy, so ultimately, the kinetic energy is transferred from the car to the air.

動くものには運動エネルギーがあるので、最終的に運動エネルギーは車から空気に伝わる。

With this knowledge, we can define that temperature is just the average kinetic energy of atoms in a system.

この知識があれば、温度はある系における原子の平均運動エネルギーに過ぎないと定義できる。

You see, all atoms, not just molecules in the air, wiggle.

ほら、空気中の分子だけでなく、すべての原子はくねくね動いている。

The faster they move, the hotter things get.

速く動けば動くほど、物事は熱くなる。

All that talk about hot stuff, I think it's time we talk about thermodynamics.

熱い話ばかりしているが、そろそろ熱力学の話をしようじゃないか。

It tells us that jumping in lava is probably a bad idea, but more importantly, the absolute mess that is entropy.

溶岩に飛び込むのは悪い考えかもしれないが、それ以上に重要なのは、エントロピーという絶対的な混乱があるということだ。

Literally, it tells you how much disorder there is in a system, indicating the number of possible states a system could be in.

文字どおり、システムにどれだけの無秩序があるかを示すもので、システムが取りうる状態の数を示している。

The sun will obliterate the ice cube and turn it into water.

太陽は角氷を消し去り、水に変える。

Looking at the structure of ice and water, we can see that ice is more neatly organized than water, which just kind of goes all over the place.

氷と水の構造を見てみると、氷は水よりもきれいにまとまっている。

Also, the water could look like this, or this, or even this, but the ice will always look a little something like this.

また、水はこのように見えたり、このように見えたり、あるいはこのように見えたりするが、氷は常にこのように少し見える。

In total, the system went from low entropy to high entropy, meaning more disorder and more possible microstates.

全体として、システムは低エントロピーから高エントロピーへと変化し、より無秩序で、より多くの可能なミクロ状態を意味する。

この傾向は何にでも当てはまる。

The whole universe is on an unstoppable path to higher entropy.

宇宙全体が、より高いエントロピーへの止むに止まれぬ道を歩んでいるのだ。

It's also the reason why time seems to only go forwards.

それはまた、時間が前にしか進まないように見える理由でもある。

Practically, entropy tells us that some forms of energy are more useful for doing work than others.

実際、エントロピーは、あるエネルギー形態が他の形態よりも仕事をするのに有用であることを教えてくれる。

Burn some gasoline and your car will move, spitting out heat and gas.

ガソリンを燃やせば、車は熱とガスを吐き出しながら動く。

That heat and gas is pretty much gasoline, just in the form of higher entropy.

その熱とガスは、エントロピーが高くなっただけで、ほとんどガソリンだ。

And as you can imagine, this stuff won't really make your car move, and the gas won't spontaneously turn back into liquid gasoline, meaning the form of gasoline with lower entropy is more useful for doing work.

ご想像の通り、このようなものでは車を動かすことはできないし、ガスが自然に液体のガソリンに戻ることもない。

Okay, but if you put some water in the freezer, will it not decrease in entropy?

では、水を冷凍庫に入れてもエントロピーは減らないのですか？

Yes, but the fridge is not an isolated system and will heat up the room more than it will cool down the water, increasing the total entropy.

そうだが、冷蔵庫は孤立したシステムではないので、水を冷やす以上に部屋を暖め、全体のエントロピーを増大させる。

Some electrons apparently moved through some wires and let there be light.

いくつかの電子がワイヤーを伝って移動し、光となったようだ。