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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

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。

小球の軌道の一部を破線で示す(図は正確とは限りません)

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(50 技能)
算数中学高校大学大学院

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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)
  1. 速さと平均の速さ
  2. 記録タイマーの打点と速さ
  3. 斜面の運動と等速直線運動
  4. 分数のたし算・ひき算
  5. 小数の四則計算
  6. 正負の数の加法・減法
  7. 変位・速度・加速度(直線運動)
  8. v-t グラフと移動距離
  9. 分数のかけ算・わり算
  10. 四則の混じった計算の順序
  11. 正負の数の乗除・累乗と四則混合
  12. 分配法則を使った計算のくふう
  13. 文字式の計算(同類項・分配法則)
  14. 乗法公式による展開
  15. 因数分解
  16. 3 次式までの展開と因数分解
  17. 約数の見つけ方
  18. 素因数分解と約数の個数
  19. 平方根の意味と根号の簡単化
  20. 根号の乗除と加減
  21. 分母の有理化
  22. 乗法公式・分配法則を使う根号の式の展開
  23. 根号を含む式の計算と分母の有理化
  24. 小数と分数のまじった計算
  25. 逆算(□ を求める)
  26. 1 次方程式の解き方
  27. 比例・反比例の式とグラフ
  28. 関数 の式と変域
  29. 平方完成と 2 次関数のグラフ
  30. 2次方程式の解の公式と判別式
  31. 等加速度直線運動の公式
  32. 自由落下と鉛直投げ上げ
  33. 三角形の角の大きさ
  34. 対頂角と平行線の同位角・錯角
  35. 三角形の外角と角の組み合わせ
  36. 二等辺三角形の角
  37. 平行四辺形と特別な四角形の性質
  38. 三角形・四角形の面積
  39. 三平方の定理
  40. 折り返した図形の角と長さ
  41. 三平方の定理と平面図形
  42. ベクトルの演算と成分
  43. 特別な直角三角形の辺の比
  44. 最大公約数と最小公倍数
  45. 比の性質と簡単な比
  46. 相似な三角形と長さの比
  47. 三角形の相似条件と対応する辺の長さ
  48. 三角比の定義と値
  49. 速度の合成と分解
  50. 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

答えを見る
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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 。

この問題の確認

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