自由度

機械の動きを捉える上で、『自由度』という考え方はとても大切です。これは、機械の動き方を決めるために必要な、個別の位置の情報の数のことを指します。簡単に言うと、機械がどれくらい自由に動けるかを示す指標です。 例えば、糸で吊るされた重りを考えてみましょう。この重りは、糸に沿って上下にしか動くことができません。重りの位置を知るためには、地面からの高さだけを測れば十分です。つまり、この重りの動きは一つの情報で決まるので、一自由度と言えます。 一方で、空を飛ぶ飛行機を考えてみましょう。飛行機は上下左右前後へと自由に移動できます。さらに、機首の向きを変える回転運動（ヨー）、翼を傾ける回転運動（ロール）、そして機体を傾ける回転運動（ピッチ）も可能です。これらの動きを全て把握するためには、六つの情報が必要となるため、飛行機は六自由度と言えます。 自動車の動きは複雑ですが、揺れのような特定の動きだけに注目する場合は、一自由度として扱うことができます。たとえば、でこぼこ道を走るときに車が上下に揺れる場合、その揺れの大きさを知るだけで、だいたいの動きを把握できます。このように、注目する動きを絞ることで、複雑な動きを単純化して理解しやすくなるのです。 自由度は機械設計において重要な役割を果たします。設計者は、機械の用途に合わせて適切な自由度を設定することで、機械の動きを制御し、目的の動作を実現するのです。