運動の表し方の問題
まっすぐな水平な道路上を、自転車が一定の加速度で減速しながら一直線に進んでいる。道路上の地点 と地点 は、自転車の進む向きにこの順に並んでおり、 間の距離は である。自転車は を通過してから 後に を通過し、 を通過したときの速さは であった。その後も自転車は同じ加速度で減速を続け、やがて停止した。自転車を大きさの無視できる物体とみなす。 を通過してから停止するまでに自転車が進む距離は何 か。有効数字 2 桁で求めよ。
この問題で使うもの
- 区間の条件からの等加速度運動の決定(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(32 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)
- 速さと平均の速さ
- 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
- 変位・速度・加速度(直線運動)
- 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
- 区間の条件からの等加速度運動の決定
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
区間 AB について、時間・距離・B での速さがわかっています。A での速度と加速度を未知数として、等加速度直線運動の式を 2 つ立てて連立しましょう。
ヒント 2
進む向きを正として、 と を連立します。
ヒント 3
連立すると が得られます。B から停止するまでは時間がわからないので、 に , を代入します。
答えと解説
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解説を読む
自転車の進む向き( から の向き)を正とし、加速度を 、 を通過したときの速度を とする。加速度は一定なので、等加速度直線運動の式が使える。
手順 1:区間 AB の条件を式にする
から までの時間は 、そのときの速度は なので、 より
また、 間の変位は なので、 より
両辺を で割ると
手順 2:連立して と を決める
より 、よって である(負なので、進む向きと逆向きの加速度、つまり減速している)。 に代入すると である。
手順 3:求めた加速度で別の区間を調べる
から停止するまで、速度は から になる。時間がわからないので、 を使う。進む距離を とすると
よって、 を通過してから停止するまでに進む距離は である。
別解
向きは自転車の進む向きを正とし、加速度を ()、A での速さを とする。
A→B の 4.0 s について、 より なので 、。
加速度は 。
B から停止までの距離を とすると、 より 。
検算: で条件と一致する。停止までの時間は で、 となり一致する。
有効数字 2 桁で 。