初等物理学公式集

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

 

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)