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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

一直線上を一定の加速度で運動する物体が、直線上の点 , , をこの順に通過した。 間の距離は 、 間の距離は で、物体が から まで進むのにかかった時間は 、 から まで進むのにかかった時間も であった。物体は運動の途中で向きを変えなかったものとする。物体が点 を通過するときの速さは何 か。有効数字 2 桁で求めよ。

()()運動の向き

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(32 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

「区間の条件からの等加速度運動の決定」を使います。 での速度 と加速度 を未知数とし、2 つの区間の条件から連立方程式を立てましょう。

ヒント 2

を時刻 として、 間( で )と 間( で )それぞれに を当てはめます。

ヒント 3

、 を解くと , です。あとは に を代入します。

答えと解説

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解説を読む

物体の進む向きを正とし、点 を通過するときの速度を 〔m/s〕、加速度を 〔m/s〕とします。加速度が一定なので、 を通過した時刻を として等加速度直線運動の式 が使えます。

手順 1: 区間の条件を式にする

から まで: で変位 なので

から まで: で変位 なので

( 間を使うときは での速度が未知になるので、 からの区間 で式を立てると未知数が , の 2 つだけになります。)

手順 2: 連立して , を決める

を 2 で割ると 、 を 4 で割ると 。
辺々引いて 、よって 。
したがって , です。

手順 3: 求める地点の速さを求める

を通過するのは なので、 より

(確認: で 、 となり一致します。)

よって、点 を通過するときの速さは です。

別解

等加速度直線運動で、進行方向を正とし、加速度を とする。連続する等しい時間間隔 の間に進む距離の差は に等しいので、
より 。

B での速さは AC 間の平均の速さに等しい。
。

C での速さは 。

検算:A での速さは 。AB 間の距離は で一致する。BC 間の距離は で一致する。向きを変えないという条件も、速さが 2.0, 8.0, 14 と常に正なので満たされる。

よって、C を通過するときの速さは (有効数字 2 桁)。

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