運動の表し方の問題
風のない日に、雨滴が地面に対して鉛直下向きに一定の速さ で落ちている。この中を、自転車に乗った人が水平でまっすぐな道を東向きに一定の速さ で走っている。自転車に乗った人から見た雨滴の速さは何 m/s か。有効数字 2 桁で答えよ。
この問題で使うもの
- 相対速度(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(37 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
- 速さと平均の速さ
- 記録タイマーの打点と速さ
- 斜面の運動と等速直線運動
- 分数のたし算・ひき算
- 小数の四則計算
- 正負の数の加法・減法
- 変位・速度・加速度(直線運動)
- 三角形の角の大きさ
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 分数のかけ算・わり算
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 1 次方程式の解き方
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 三角形・四角形の面積
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 三平方の定理
- 乗法公式による展開
- 折り返した図形の角と長さ
- 三平方の定理と平面図形
- ベクトルの演算と成分
- 特別な直角三角形の辺の比
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 相似な三角形と長さの比
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 三角比の定義と値
- 速度の合成と分解
- 相対速度
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
人から見た雨滴の速度(相対速度)は「雨滴の速度 人の速度」で求められる。速度をベクトルとして扱う。
ヒント 2
人の速度は水平、雨滴の速度は鉛直なので、相対速度は水平成分 m/s と鉛直成分 m/s をもつ。
ヒント 3
互いに垂直な 2 成分からなるので、相対速度の大きさは で計算できる。
答えと解説
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解説を読む
東向きを 軸の正、鉛直下向きを 軸の正とする。地面に対する速度は
- 雨滴: m/s
- 人: m/s
人から見た雨滴の相対速度は、相対速度の式 より
となる。つまり人から見ると、雨滴は西向きに m/s、下向きに m/s の成分をもち、前方(東側)の斜め上から降ってくるように見える。
その速さは三平方の定理より
よって答えは m/s である。
別解
地面に対する雨滴の速度は鉛直下向きに 、自転車の速度は東向きに 。自転車から見た雨滴の相対速度は(雨滴の速度)(自転車の速度)なので、水平成分は西向きに 、鉛直成分は下向きに である。これらは直交するので、相対速度の大きさは
検算: なので 3:4:5 の直角三角形であり、斜辺は 。有効数字 2 桁で 。