速さと速度の違いとは？図でわかる基礎

速さと速度、何が違う？

日常会話では「速さ」も「速度」もほぼ同じ意味で使うけど、物理ではキッチリ区別する。違いはたった一つ、向きの情報があるかどうか。

• 速さ…大きさ（数字）だけ。例：時速40km、秒速5m。
• 速度…大きさ＋向き。例：東向きに時速40km、上向きに秒速5m。

たとえると、速さは「どれくらいの勢いか」、速度は「どっちにどれくらいの勢いか」。地図アプリで「時速40kmで移動中」と出るのが速さ、「北に向かって時速40km」まで分かるのが速度のイメージ。

物理では向きまで含む量をベクトル、大きさだけの量をスカラーと呼ぶ。だから速度はベクトル、速さはスカラーだ。難しそうな言葉だけど、「矢印で描けるのがベクトル（速度）」「数字だけがスカラー（速さ）」くらいのざっくり理解でOK。

速さはどうやって計算する？

速さは「進んだ距離 ÷ かかった時間」。これだけ。

$v = \dfrac{x}{t}$

ここで $v$ が速さ、$x$ が進んだ距離、$t$ が時間。単位はメートル毎秒（m/s）やキロメートル毎時（km/h）を使う。正確にいうと、この式で出るのは区間をならした平均の速さ（速度が変わらない運動なら、そのまま一定の速さ）。一瞬ごとの速さ（瞬間の速さ）は後の「平均と瞬間」で扱う。

たとえば100mを20秒で走ったら、

$v = \dfrac{100}{20} = 5 \ \text{m/s}$

で、秒速5m。式を変形すれば「距離 ＝ 速さ × 時間」「時間 ＝ 距離 ÷ 速さ」も出せる。三つの関係はこの一本の式から全部導けるので、丸暗記より「距離÷時間」だけ覚えるのが楽。

単位の変換はどうする？

m/s と km/h を行き来できると便利。覚え方はシンプルで、km/h を 3.6 で割ると m/s、逆に m/s に 3.6 をかけると km/h。

$1 \ \text{m/s} = 3.6 \ \text{km/h}$

なぜ3.6かというと、1時間＝3600秒、1km＝1000mなので、$\dfrac{1000}{3600} = \dfrac{1}{3.6}$ になるから。たとえば秒速5mは $5 \times 3.6 = 18$ km/h だ。

平均の速度と瞬間の速度って？

「速度」と一口に言っても、見る時間の幅で2種類ある。

平均の速度は、ある区間をまるっと見たときの速度。移動した距離（正確には位置の変化）を、かかった時間全部で割る。

$\bar{v} = \dfrac{\Delta x}{\Delta t}$

$\Delta$（デルタ）は「変化量」を表す記号で、$\Delta x$ は「位置がどれだけ変わったか」。途中で速くなったり遅くなったりしても、全体をならした値が平均の速度だ。

瞬間の速度は、まさにその一瞬の速度。車のスピードメーターが今この瞬間に指している値がこれ。時間の幅 $\Delta t$ をどんどん小さくして、限りなく0に近づけたときの値、とイメージすればいい。

たとえば渋滞でノロノロ→高速でビュンと走った場合、平均の速度はそこそこの値になるけど、高速区間の瞬間の速度はめちゃくちゃ速い、みたいに両者はズレる。

向きがあると何が便利なの？

速度に向きがあると、「行って戻る」運動の扱いがきれいになる。

たとえば右向きを＋（プラス）と決めると、右に進むときは速度が正、左に進むときは速度が負で表せる。マイナスの速度＝「逆向きに進んでいる」という意味になるわけだ。向きを符号で表せるから、計算で自然に「戻る」が扱える。

ここで大事な区別がもう一つ。

• 道のり（距離）…実際に動いた長さ。常にプラスで積み上がる。
• 変位…スタートからゴールまでの「位置の差」。向き付き。

10m右に進んで10m左に戻ったら、道のりは20mだけど、変位は0（元の場所に戻ったから）。このとき平均の速さは「20m ÷ 時間」だけど、平均の速度は「0 ÷ 時間 ＝ 0」。同じ運動なのに、向きを含めるかどうかで答えが変わる。ここが速さと速度の差が一番ハッキリ出る場面だ。

速度を足すとどうなる？（合成速度・相対速度）

向きがあると、速度どうしを矢印として足し引きできる。これが合成速度と相対速度。

川を泳ぐ人を考えよう。人が水に対して進む速度と、川の流れの速度を足し合わせると、岸から見た実際の速度（＝合成速度）になる。流れと同じ向きなら速く、逆向きなら遅くなる。

$\vec{v}_{\text{合成}} = \vec{v}_{\text{人}} + \vec{v}_{\text{川}}$

逆に、走っている電車から外の車を見ると、止まってる人が見るより遅く（または速く）見える。これが相対速度で、「自分から見た相手の速度」のこと。式にすると、

$\vec{v}_{\text{相対}} = \vec{v}_{\text{相手}} - \vec{v}_{\text{自分}}$

どちらも「速度は向きを持つから足し引きできる」というベクトルの性質を使っている。速さ（数字だけ）だと、こういう計算はうまくいかない。向きのありがたみがここで効いてくる。