Question

うめ

この2問が分からないので教えてください！

さらに、2人の高校生 A, B がサッカーについて物理の言葉で語ろうとしている。そのようす
に聞き耳を立ててみよう。
A : ボールをけるのは,自らの足とボールを衝突させる行為にほかならないと思うが、 どうだ。
B : 同感だ。 例えば,静止したボールをけるときのようすは, (黒板に図2をかきながら) この
ように, 水平面上で静止しているボールに振り子のおもりを水平向きに衝突させるときと
似ている。このとき, 衝突の前後で水平方向の運動量は保存されるから…
図2
A:なるほど,運動量保存則が使えるとなると, 足の質量を測定することができそうだな。
B:ボールの質量をmとしよう。 振り子のおもりは初め水平面から高さんの位置にあり,お
もりは地面に触れずにボールに衝突したものとする。
図の左向きを正の向きとして,衝突直後のボールとおもりの速度をそれぞれ0, V, 重力
加速度の大きさをgとすれば,(黒板で計算をして) 振り子のおもりの質量はこのような
式で表される。

問3 振り子のおもりの質量を表す式として最も適当なものを、次の①~④のうちから1つ選
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①
mv
√2gh +V
②
mv
√2gh
mv
mv
③
-V √gh +V √gh-V
問4 この会話に続けて、2人は実際の現象とモデルとの比較を行った。A,Bのやりとりのうち,
物理的に適当でないものを、次の①~⑤のうちから2つ選べ。 25
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① A: 足の質量と口走ったが,足とはどの部分までと考えられるだろうか。
B: 足首より先のボールと接する部分だろう。
② A:足とボールの運動量の和が保存されるためには,外力が力積を及ぼしてはいけ
ないと思うが,足は体の他の部分から力積を及ぼされてはいないか。
B:確かにそうだが,衝突の時間がきわめて短いと考えれば, 撃力とみなされない
ような力の及ぼす力積は無視できるだろう。
③ A: 振り子のおもりは質量がほぼ1点に集まっているが, 足はそうではないな。
B:確かにそうだが, 速さが大きい先端の部分以外の影響は、ほとんど無視できる
だろう。
④ A:足でボールをける場合は、振り子と違い, 重力だけが仕事をするわけではないな。
B:それはそうだ。 完全に脱力したキックなど見たことがない。 ただ、このモデル
と比較することで, 足の筋力の寄与を評価できるかもしれない。
⑤A飛んできたボールを足下で止めるトラップを,転がってきたボールと振り子の
おもりの衝突のモデルで考えることはできるだろうか。
B:トラップの種類にもよるだろう。ただ,足,あるいは体のどこからどこまでが
衝突に関与するのかという問題はつきまとうだろう。