運動の表し方の問題
高さ のがけの上から、小球を水平方向に速さ で投げ出した。小球は、がけの下の水平な地面に落下した。投げ出した点の真下の地面上の点から、小球が地面に落下した点までの水平距離は何 m か。有効数字 2 桁で求めよ。ただし、重力加速度の大きさを とし、空気抵抗は無視する。
この問題で使うもの
- 水平投射(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(50 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る(前提が先)
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- 記録タイマーの打点と速さ
- 斜面の運動と等速直線運動
- 分数のたし算・ひき算
- 小数の四則計算
- 正負の数の加法・減法
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- v-t グラフと移動距離
- 分数のかけ算・わり算
- 四則の混じった計算の順序
- 正負の数の乗除・累乗と四則混合
- 分配法則を使った計算のくふう
- 文字式の計算(同類項・分配法則)
- 乗法公式による展開
- 因数分解
- 3 次式までの展開と因数分解
- 約数の見つけ方
- 素因数分解と約数の個数
- 平方根の意味と根号の簡単化
- 根号の乗除と加減
- 分母の有理化
- 乗法公式・分配法則を使う根号の式の展開
- 根号を含む式の計算と分母の有理化
- 小数と分数のまじった計算
- 逆算(□ を求める)
- 1 次方程式の解き方
- 比例・反比例の式とグラフ
- 関数 の式と変域
- 平方完成と 2 次関数のグラフ
- 2次方程式の解の公式と判別式
- 等加速度直線運動の公式
- 自由落下と鉛直投げ上げ
- 三角形の角の大きさ
- 対頂角と平行線の同位角・錯角
- 三角形の外角と角の組み合わせ
- 二等辺三角形の角
- 平行四辺形と特別な四角形の性質
- 三角形・四角形の面積
- 三平方の定理
- 折り返した図形の角と長さ
- 三平方の定理と平面図形
- ベクトルの演算と成分
- 特別な直角三角形の辺の比
- 最大公約数と最小公倍数
- 比の性質と簡単な比
- 相似な三角形と長さの比
- 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
- 三角比の定義と値
- 速度の合成と分解
- 水平投射
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「水平投射」を使います。運動を、水平方向の等速直線運動と、鉛直方向の自由落下に分けて考えましょう。
ヒント 2
落下時間は鉛直方向の自由落下だけで決まります。 から を求め、水平距離は で求めます。
ヒント 3
より 、つまり落下時間は です。あとはこれを水平方向の式に代入します。
答えと解説
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解説を読む
空気抵抗を無視するので、小球にはたらく力は鉛直下向きの重力だけです。そのため、運動を水平方向と鉛直方向に分けて考えます。
水平方向:水平方向には力がはたらかないので、速さ の等速直線運動をします。
鉛直方向:投げ出した瞬間の速度の鉛直成分は なので、加速度 の自由落下をします。
手順 1:落下時間を求める
鉛直下向きを正とし、地面に達するまでの時間を とすると、鉛直方向に 落下するので
より です( に代入したのと同じです)。
手順 2:水平到達距離を求める
この のあいだ、水平方向には速さ で等速に進むので、水平距離 は
よって、答えは です。
別解
鉛直方向は自由落下と同じ運動なので、 より となる。したがって 、。水平方向は等速直線運動なので、水平距離は 。検算として、落下時の鉛直速度は で、平均速度 に をかけると となり、高さと一致する。有効数字 2 桁では 。