瞬間の速度について

$x-t$ グラフ

$x-t$ グラフ

図は、スタートしてから $2$ 秒後、$4$ 秒後、$5$ 秒後、$9$ 秒後の位置と時刻の関係をグラフに表したものである。

(注)

$x-t$ グラフ

$x-t$ グラフ

この関係から、$2$ 秒後から $9$ 秒後まで、$2$ 秒後から $5$ 秒後まで、$2$ 秒後から $4$ 秒後までの平均速度 $\bar{v}$ を求めると、下の表のようになる。

$t$$2$~$9$$2$~$5$$2$~$4$
$\Delta{t}$$7$$3$$2$
$x$$5$~$86$$5$~$35$$5$~$20$
$\Delta{x}$$81$$30$$15$
$\bar{v}=\dfrac{\Delta{x}}{\Delta{t}}$$11.6$$10.0$$7.50$
スタートしてから $2$ 秒後からのずれをさらに小さくしていくと、$\Delta{t}$ の値は $0$ に近づいていき、速度 $\bar{v}$ の値は究極的には図の直線の傾きを表すと考えられる。このような速度のことを、特に $t=2$ における瞬間速度 (instantaneous velocity) という。

今の例では走り出して $2$ 秒たったときを基準として瞬間速度を求めたが、基準は自由にとれるので、任意の時刻 $t$ における瞬間速度を考えることができる。

また、この例のように $\Delta{t}$ を限りなく $0$ に近づけていくような操作のことを、「極限をとる」といい、極限をとることによって決まる値のことを極限値 (limit value) という。