運動の表し方の問題
水平な地面から高さ の建物の屋上の端の点 A から、小球を水平方向に初速度の大きさ で投げ出した。小球は建物にぶつかることなく落下し、地面に達した。小球が地面に達する直前の速さは何 m/s か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、重力加速度の大きさを とし、空気抵抗と小球の大きさは無視する。
この問題で使うもの
- 水平投射(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(50 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)
- v-t グラフと移動距離
- 分数のかけ算・わり算
- 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)
- 乗法公式による展開
- 因数分解
- 3 次式までの展開と因数分解
- 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
- 根号の乗除と加減
- 分母の有理化
- 乗法公式・分配法則を使う根号の式の展開
- 根号を含む式の計算と分母の有理化
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 1 次方程式の解き方
- 比例・反比例の式とグラフ
- 関数 の式と変域
- 平方完成と 2 次関数のグラフ
- 2次方程式の解の公式と判別式
- 等加速度直線運動の公式
- 自由落下と鉛直投げ上げ
- 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
- 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
- 三平方の定理
- 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
- 水平投射
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
水平方向と鉛直方向に分けて考えよう。水平方向は等速直線運動、鉛直方向は自由落下と同じ運動になる。
ヒント 2
鉛直方向について から落下にかかる時間を求め、速度の鉛直成分 を計算する。
ヒント 3
、。水平成分 と合成して を計算する。
答えと解説
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解説を読む
空気抵抗を無視するので、小球には重力だけがはたらく。水平方向には力がはたらかないので速度は一定(等速直線運動)、鉛直方向には初速度 、加速度の大きさ の自由落下と同じ運動をする。
鉛直下向きを正として、地面に達するまでの時間を とすると、鉛直方向に 落下するので
地面に達する直前の速度の鉛直成分の大きさ は
水平成分の大きさは のままである。
速さ は、2 つの成分を合成して
有効数字 2 桁にすると である。
(別解) から直接 を求めてもよい。
答えは である。
別解
水平方向は等速なので、地面に達する直前の水平方向の速さは m/s。\n\n鉛直方向は自由落下(初速度 、加速度 m/s)なので、 より m/s。\n\n地面に達する直前の速さは\n (m/s)。\n\n有効数字 2 桁で m/s。\n\n確かめ(力学的エネルギー保存): より で一致する。