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教養の物理~運動方程式に速度$v=\frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t}$をかける意味

講義中では混乱をさらに加速することになりかねないので
深入りしませんでした。
ここで補足説明をしておきます。

運動方程式

\begin{eqnarray*}
m \frac{\mathrm{d} v}{\mathrm{d} t} = F
\end{eqnarray*}

を$x$で積分してみましょう。

すると、

\begin{eqnarray*}
\int m \frac{\mathrm{d} v}{\mathrm{d} t} dx= \int F dx
\end{eqnarray*}

となります。

この式の左辺は$\mathrm{d} t$と$dx$が混在しているので整理をします。
つまり、$dx$を別の形で表します。

我々が知っている$dx$に関する式は

\begin{eqnarray*}
v = \frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} t}
\end{eqnarray*}

ですね。
よって、この式を変形して

\begin{eqnarray*}
\mathrm{d} x = v \mathrm{d} t
\end{eqnarray*}

となります。
この式を運動方程式を$x$で積分した式に代入すると

\begin{eqnarray*}
\int m \frac{\mathrm{d} v}{\mathrm{d} t} v dt= \int F dx
\end{eqnarray*}

となります。
よって、

\begin{eqnarray*}
\int \Bigl( m \frac{\mathrm{d} v}{\mathrm{d} t} v \Bigr) dt & = \int F dx \\
\\
\int \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d} t} \Bigl( \frac{1}{2}mv^2 \Bigr) dt & = \int F dx
\end{eqnarray*}

となり、講義で扱った$v$をかけた形になります。

つまり、「運動方程式に$v= \frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} t} $をかけて$t$で積分した」ということは
「$x$で積分した」と同じ意味になります。

運動方程式を$x$で積分すると仕事とエネルギーの関係が導かれます。

これを運動方程式の距離積分といいます。

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