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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

まっすぐな道路にそって 軸をとり、点 O を原点、車の進む向きを正とする。車 A は一定の速さ で正の向きに走っていて、時刻 に O を通過した。車 B は O に静止していたが、時刻 に O から正の向きに一定の加速度 で発車した。その後、B は A に追いついた。B が A に追いつく位置は O から何 m のところか。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、車の大きさは考えないものとする。

OAB の正の向き
時刻 のようす(B は に発車する)。A と B は同じ直線上を運動するが、見やすいように上下に分けて描いている。

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。A が O を通過した時刻を として、A と B の位置をどちらも同じ時刻 の式で表そう。

ヒント 2

B は に動き出すので、動いている時間は である。、 として とおく。

ヒント 3

整理すると 、すなわち になる。2 つの解のうち、B が動き出したあと()のものを選び、その時刻の位置を計算しよう。

答えと解説

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解説を読む

手順 1: 共通の時刻 で位置を表す。

A が O を通過した時刻を とし、時刻 における A, B の位置を , とする。

A は速さ の等速直線運動なので

B は に静止の状態から動き出すので、動き出してからの時間は である。等加速度直線運動の式 で、、、経過時間を とすると、 のとき

(この式は B が動き出した でだけ使える。)

手順 2: 位置が等しいという条件を立てる。

追いつくとき なので

展開して整理すると



よって 。

手順 3: 解が条件に合うか確かめる。

の式は でしか使えないので、 は不適(このとき B はまだ動いていない)。したがって追いつく時刻は 。

手順 4: 位置を求める。

(確認: で一致する。)

よって、B が A に追いつく位置は O から のところである。

別解

A の位置は 。B は s に静止状態から発車するので、()。
追いつく条件 より 。
より 。
より 。 なので s。
位置は m。
検算:B は発車後 s なので m で一致。
有効数字 2 桁で m()。

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