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運動の表し方の問題

難易度 1教科書の例題レベル高校物理 運動の表し方

まっすぐで平行な両岸をもつ川があり、川の水は岸に平行な向きに、岸に対して一定の速さ で流れている。この川で、船が水に対して岸に垂直な向きに一定の速さ で進んでいる。岸に対する船の速さは何 か。

流れ 船岸岸
上から見た図

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(36 技能)

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

岸に対する船の速度は、「水に対する船の速度」と「岸に対する水の流れの速度」をベクトルとして足し合わせた(合成した)ものです。

ヒント 2

流れの向きを 軸、岸に垂直な向きを 軸にとると、2 つの速度は と と表せます。2 つは直交しています。

ヒント 3

合成した速度は です。この大きさを三平方の定理 で計算しましょう。

答えと解説

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解説を読む

岸に対する船の速度 は、水に対する船の速度 と、岸に対する水の流れの速度 のベクトルの和になる(速度の合成)。

岸に平行で流れの向きを 軸の正の向き、岸に垂直で船が進む向きを 軸の正の向きとして、それぞれを成分で表す。

水に対する船の速度は岸に垂直なので 、流れの速度は岸に平行なので である(単位は )。

よって

2 つの速度は直交しているので、合成した速度の大きさは三平方の定理より

したがって、岸に対する船の速さは である。

別解

岸に平行な方向の速度成分は川の流れの速さ 、岸に垂直な方向の速度成分は船の水に対する速さ である。この2つは互いに垂直なので、岸に対する船の速度の大きさは となる。検算: は直角三角形の辺の比であり、 が成り立つ。

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