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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

なめらかな斜面上の点 P から、台車を斜面に沿って上向きに速さ で押し出した。台車は斜面に沿った直線上を運動する。押し出した直後から、台車には斜面に沿って下向きに大きさ の一定の加速度が生じる。台車はしばらく斜面を上ったあと、向きを変えて下り、再び点 P を通過した。斜面に沿って上向きを正の向きとし、押し出した時刻を とする。台車が再び点 P を通過するのは、押し出してから何 s 後か。有効数字 2 桁で求めよ。

P

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(31 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

等加速度直線運動の公式のうち、速度 を含まない を使います。上向きを正として、 と の符号に注意しましょう。

ヒント 2

再び点 P にもどったとき、点 P からの変位は です。, を代入します。

ヒント 3

、つまり となります。 以外の解を求めましょう。

答えと解説

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解説を読む

1. 正の向きと、わかっている量を整理する

斜面に沿って上向きを正とすると、点 P を原点として

  • 初速度
  • 加速度 (下向きなので負)
  • 再び P を通過するとき、点 P からの変位

です。求めたいのは時間 です。

2. 使う式を選ぶ

加速度が一定なので、等加速度直線運動の公式が使えます。わかっているのが , , で、求めたいのが なので、速度 を含まない式

を使います。この式は、台車が途中で向きを変えても、加速度が一定であるかぎりそのまま使えます。

3. 代入して解く



よって または です。

は押し出した瞬間なので、再び P を通過するのは

後です。

(確認: となり、下向きに速さ で P を通過しています。)

答え: s

別解

上向きを正とし、点 P を原点とする。初速度 、加速度 なので、時刻 での位置は 。
再び P を通るとき なので 。 は押し出した時刻なので除くと、。
検算: 最高点に達するのは より 。上りと下りは対称なので、往復で 。 のとき となり一致する。

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