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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右向きに進む物体が、この直線上の点 A, B, C をこの順に通過した。AB 間の距離は 、BC 間の距離は であり、A から B まで 、B から C まで かかった。物体が C を通過するときの速さは何 m/s か。

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

技能「区間の条件からの等加速度運動の決定」を使う。A 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つくる。

ヒント 2

A を時刻 として、A→B( で )と A→C( で )のそれぞれに を当てはめる。

ヒント 3

、 を解くと 、。あとは に を代入する。

答えと解説

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解説を読む

右向きを正とし、物体が A を通過する時刻を 、そのときの速度を 、加速度を とする。加速度が一定なので、等加速度直線運動の式 と が使える。

A から B まで(、変位 ):

より

A から C まで(、変位 ):

より

より 、 に代入して 。

(確認: B での速度は 。BC 間の変位は で条件と合う。)

C を通過するのは なので、 より

速度は正なので、速さは である。

別解

右向きを正とし、加速度を 、点 B での速度を とする。等加速度直線運動では、ある時間内の平均速度はその中間時刻の瞬間速度に等しい。

AB 間の平均速度は で、これは A を通過して 1 s 後の速度に等しい。
BC 間の平均速度は で、これは B を通過して 1 s 後の速度に等しい。
この 2 つの時刻の間隔は 2 s なので、 となる。

B の速度は、AB 間の中間時刻(B の 1 s 前)の速度 に 1 s 分の加速を加えて、 となる。
C での速さは である。

検算として、 を使う。 より で、上の値と一致する。
A の速度は 。AB 間の距離は で、条件に合う。
BC 間の距離は で、これも条件に合う。

よって C を通過するときの速さは である。

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