Question

きいろ

図の問題の答えがウになる理由が分かりません。
どなたか教えてください

90cm
くらか。
]
等速直線
]
紙テープ
だんだん大きくなる力がはたらいている。
ウ 運動方向と同じ向きに、だんだん小さくなる力がはたらいている。
運動方向と反対向きに,大きさが一定の力がはたらいている。
オ 運動方向と反対向きに, だんだん大きくなる力がはたらいている。
カ 運動方向と反対向きに, だんだん小さくなる力がはたらいている。
キ力はつり合ったままである。
3 レールをCD 間の中点Mで切断し,図
2のような状態にした。 このとき, A点
で小球を静かに放してレール上をすべら
せたとき,Mから飛び出したあとの小球
の経路として最も近いものを、 図2のア
〜ウから1つ選び, 記号で答えよ。
図2
小球
同じ深さ
A
ア
M
B
水平 C
191 〈浮力と仕事・力学的エネルギー〉
(奈良・東大寺学園高)
次の文章を読み, あとの問いに答えなさい。
密度1.4g/cm3の液体が十分大きな容器に入れられている。 液体から十分深
いところに、体積100cm,質量120gのボールがある。 このボールは液体中で
○
も変形しないものとする。なお,質量100gの物体にはたらく重力の大きさを
力の向きと物体の動いた向きが正反対のときは、仕事を負
液体
4m
○ボール

Answer 1

にぇ

最高到達点の時、必ず鉛直成分速度は0になります
レールを切断する前は水平成分速度も0になるので、力学的エネルギー的に位置エネルギーが最大になります
レールを切断した時は水平成分速度が0になる前に飛び出しそのまま維持されるので、最高到達点で運動エネルギーを持ち、力学的エネルギー保存より位置エネルギーが小さくなります
よって最高到達点が低いウが正解です

きいろ

すみません。この問題中学生用なので水平成分速度などが分かりません。中学生の知識で教えてください！

にぇ

速度の分解とエネルギー（運動エネルギーと位置エネルギー）は勉強しましたか？

きいろ

はい

にぇ

それなら

最高到達点（いちばん高くなるところ）について
物体がいちばん高くなるとき、必ず上向きの速さ（鉛直成分の速度）が0 になります。つまり、その瞬間は上に動いていない状態です。

レールを切断する前
レールの上をすべっているとき、M ではまだ横向きの速さ（水平成分の速度）がある状態です。そこから1番上まで行き、その時に止まります

レールを切断した後
M でレールがなくなると、小球はそのままの速さで飛び出します。ここで大事なのは、
• まだ横向きの速さを持っていること
• そのため、上向きの速さが0になっても小球は横向きに速さを持っているので運動エネルギーは0でないこと

位置エネルギーと運動エネルギーの和は、スタートが同じ条件なので一定で、レールを切断すふ前は運動エネルギー0、位置エネルギー最大で1番上まで行き、レールを切断した後は運動エネルギーは0より大きい状態で1番上まで行くので、位置エネルギーが切る前より小さくなり高さが低くなる

みたいな説明でどうでしょう

きいろ

ありがとうございます！Мのときにまだ運動エネルギーがあるところがポイントだったんですね！

にぇ

そうです！