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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

まっすぐな川が、両岸に平行な向きに一様に流れている。岸に対する水の流れの速さは である。この川で、船が水に対して岸に垂直な向きに、速さ で進んでいる。岸に立って静止している人から見た船の速さは何 か。有効数字 2 桁で求めよ。

船流れの向き岸岸
矢印は水に対する船の速度と、岸に対する水の流れの速度

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

技能「速度の合成」を使う。岸から見た船の速度は、水に対する船の速度と水の流れの速度のベクトルの和になる。

ヒント 2

2 つの速度は直交している(岸に垂直と岸に平行)。直交する 2 つのベクトルの和の大きさは で求められる。

ヒント 3

岸に平行な向きを 、垂直な向きを とすると、岸から見た船の速度の成分は になる。あとは大きさを計算する。

答えと解説

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考え方(速度の合成)

岸から見た船の速度 は、水に対する船の速度 と、岸に対する水の流れの速度 の和(ベクトルの和)になる。

向きの関係を確認する

は岸に垂直な向き(大きさ )、 は岸に平行な向き(大きさ )なので、2 つの速度は直交している。

大きさを求める

岸に平行な向きを 軸、岸に垂直な向きを 軸とすると、成分は

よって

その大きさは三平方の定理より

したがって、岸から見た船の速さは である。

別解

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速度のベクトル和である。水に対する船の速度は岸に垂直で大きさ 、水の速度は岸に平行で大きさ なので、この2つは直交する。よって三平方の定理より、
。
検算: であり、 と一致する。有効数字2桁で 。

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