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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。

自転車進む向き

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(32 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

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 。

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