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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

まっすぐな水平の道路上に点 がある。時刻 に、物体 が点 を通過し、そのあとは一定の速さ で東向きに進む。物体 は点 に静止していて、時刻 に東向きに大きさ の一定の加速度で動き始める。, は同じ直線上を運動し、大きさは無視できるものとする。東向きを正とする。 が に追いつくのは時刻 が何 s のときか。有効数字 2 桁で求めよ。

BA東(正の向き)
時刻 (B が動き始める瞬間)のようす

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(33 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「2 物体の出会いとすれ違い」を使う。点 O を原点、東向きを正として、A と B の位置をどちらも同じ時刻 の式で表し、位置が等しくなる条件を考える。

ヒント 2

B は時刻 に動き始めるので、B が動いている時間は である。、()。

ヒント 3

を整理すると となる。これを解き、B が動き始めたあと()の解を選ぶ。

答えと解説

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解説を読む

点 を原点とし、東向きを正として、2 物体の位置を共通の時刻 ( が を通過した時刻を とする)の式で表す。

の位置 等速直線運動なので

の位置 は時刻 に初速度 で動き始めるので、動き始めてからの経過時間は である。等加速度直線運動の式 で、経過時間を に置きかえると、 で

追いつく条件 追いつくとき、2 物体の位置が等しいので より



よって 。

の式は が動き始めたあと()でしか使えないので、 は不適である。したがって 。

(確かめ: のとき 、 で一致する。)

答え:

別解

東向きを正、点Oを原点とする。

Aの位置:
Bの位置():

追いつく条件 より




よって または 。

が条件なので は不適(Bはまだ静止中で、このとき のままであり、式が成り立つのは不適)。したがって s。

検算: で m、 m。一致する。

また、 s のとき A は 8.0 m 先にいてBは動き始めで速さ0なので、Bは後から追いつく。 s での B の速さは m/s > 2.0 m/s で、確かに追いつく(追い越す)。

答え: 8.0 s

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