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物理 高校生

物理の問題です。(2)の問題ですが、解答の図1でなぜエサの軌跡が横10mのところで高さが15mになるのか分かりません。教えて下さい。

53. 動いている物体からの投射 地上から20.0m の高さで,ツバメがエサをくわえて, 10m/sの速さ で水平に直線的に飛んでいる。 このツバメは, ある 時刻でエサを落としてしまったが,そのまま飛び続 けた。エサを落としてから 1.5s 後, ツバメはエサ をとりもどすため飛ぶ方向を変え, 一定の速さで直 線的に下降し, 地上から40cmの高さで, 再びエサ 一エサを落とす瞬間の位置 といったとして をくわえることに成功した。 ツバメから見て、エサは初速度0で落ちていったとして、 次の各問に答えよ。 ただし, エサにはたらく空気抵抗の影響は無視できるものとし、 重 力加速度の大きさを 9.8m/s2 とする。 また, 図の1目盛りは5.0mである。 (1) エサを落としてから, ツバメが再びエサをくわえるまでの時間を求めよ。 (2) エサを落としてから, ツバメが再びエサをくわえるまでの、地上から見たツバメと エサの軌跡の概形をそれぞれ図に描け。 (3) ツバメが最初飛んでいた向きと下降した向きとのなす角を0とするとき, tan 母の 値を求めよ。 (21. 奈良女子大 改)

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(2)条件にV>0とありますが、なぜV=0は含まれないのか教えてください

遠心力に関係した身近なものとしては, 洗濯機や遊園地のループ式ジェットコースターなどがある。 例題 15 鉛直面内での円運動 右図のような, 半径[m〕のなめらかな円筒面に向 けて,質量m〔kg〕 の小物体を大きさvo [m/s] の初速 度でなめらかな水平面からすべらせる。 重力加速度の 大きさをg〔m/s'] とする。 53 58 62 B C 10 (1) 鉛直線となす角が0の点(図の点C) を通過すると きの, 小物体の速さと面から受ける垂直抗力の大き さを求めよ。 m Vo A 5 (2) 小物体が点Bを通過するための の条件を求めよ。 ●センサー14 解答 (1) 点での小物体の速さを 円運動では,地上から見て 解くか, 物体から見て解く かを決める。 [m/s] とすると, 力学的エネルギー 保存の法則より B mgcoso N C 1 12= mvo mv2. +mg(r+rcose) ① 地上から見る場合 遠心力は考えず,力を円の 半径方向と接線方向に分解 し,円運動の半径方向の運 動方程式を立てる。 2 ゆえに、 rcos 00 0 mg m-=F r または mrw=F ② 物体から見る場合 v = √v2-2gr(1+cos0) [m/s] 垂直抗力の大きさをN[N] とすると, 地上から見た円運動の運動方程式は, m- =N+mg cose r これに”を代入し、整理すると, ......① 遠心力を考え、力を円の半 径方向と接線方向に分解し, 半径方向のつり合いの式を 立てる。 ※どちらでも解ける。 2 mvo N= -mg (2+3cos) 〔N〕 r ……② ● センサー 15 物体が面に接しているとき, 垂直抗力 N≧0 (1) 水平面を重力による位置 エネルギーの基準面とする。 別解 小物体から見ると, 円の半径方向にはたらく力は,実際 にはたらく力のほかに、円の中心0から遠ざかる向き に遠心力がはたらいている。 半径方向の力のつり 合いより, N+mg cosm-00 (量的関係は上と同じ) r 圃 非等速円運動では,円の接線方向にも加速度があり、物体か ら見た場合、接線方向での力のつり合いを考えるためには、接 線方向にはたらく慣性力を考える必要がある。 (2)(1)より,00π [ad] では, 0が小さくなるにつれて, v, Nはともに減少していく。 点Bを通過するためには,点B でぃ> 0 かつN≧0 であればよい。 ① より 0=0を”に代 入して, v= √vo²-4gr よって,vo4gr>0 ゆえにvor 注 ③ ④を比較すると, N≧0(面から離れない条件) が 2 の条件を決めることになる。 2 mvo また,②より 0=0をNに代入して、N= 5mg r 2 mvo よって, -5mg≥0 ゆえに、vo√5gr r ③ ④ がともに成り立つためには,vo ≧√5gr 5円運動 35

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この問題は、等速円運動ではない円運動をしていますよね? 等速円運動ではないのに、等速円運動の運動方程式(F=m×r分のv2乗)を使えるのはなぜですか?

遠心力に関係した身近なものとしては,洗濯機や遊園地のループ式ジェットコースターなどがある。 例題15 鉛直面内での円運動 右図のような, 半径[m〕のなめらかな円筒面に向 けて,質量m〔kg〕 の小物体を大きさ [m/s] の初速 度でなめらかな水平面からすべらせる。 重力加速度の 大きさをg〔m/s'] とする。 53 58 62 B C P (1) 鉛直線となす角が0の点(図の点C) を通過すると きの, 小物体の速さと面から受ける垂直抗力の大き さを求めよ。 人 (2)小物体が点Bを通過するための の条件を求めよ。 Um 0.0& m Vo センサー 14 円運動では,地上から見てる 解くか、物体から見て解く かを決める。 解答 (1) Cでの小物体の速さを [m/s] とすると, 力学的エネルギー 保存の法則より, Bmgcose N C 1 1 ,2= mvo mv+mg(r+rcost) ① 地上から見る場合 2 遠心力は考えず,力を円の 半径方向と接線方向に分解 し円運動の半径方向の運 動方程式を立てる。 ゆえに、 cos00 mg ......① 12 m-=F r または mrw²=F ② 物体から見る場合 遠心力を考え、力を円の半 径方向と接線方向に分解し, 半径方向のつり合いの式を 立てる。 ※どちらでも解ける。 ● センサー 15 v= vv-2gr(1+cos0)[m/s] 垂直抗力の大きさを N[N] とすると, 地上から見た円運動の運動方程式は, v² m =N+mg cose r これを代入し、整理すると, 2 mvo N= -mg (2+3cos) 〔N〕 r ......② 別解 小物体から見ると, 円の半径方向にはたらく力は、実際 にはたらく力のほかに、円の中心から遠ざかる向き に遠心力がはたらいている。 半径方向の力のつり r 物体が面に接しているとき, 垂直抗力 N ≧0 合いより, m01.0 v² ◆N+mg cose-m - 00 (量的関係は上と同じ) (1) 水平面を重力による位置 エネルギーの基準面とする。 r 非等速円運動では、円の接線方向にも加速度があり、物体か ら見た場合、接線方向での力のつり合いを考えるためには,接 線方向にはたらく慣性力を考える必要がある。 (2)(1)より, 00 [ad] では, 0が小さくなるにつれて, 0, Nはともに減少していく。 点Bを通過するためには,点B で0かつN≧0 であればよい。 ①より, 8 = 0 を”に代 入して, v = √vo²-4gr よって, v4gr>0 ゆえに mvo また,②より 8=0をNに代入して, N= 5mg ④を比較すると, N≧0(面から離れない条件) が の条件を決めることになる。 2 mvo よって, -5mg≥0 ゆえに、r r ③④がともに成り立つためには、ひ≧√5gr 5

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41の(3)についてです。 答えが【V0tsinθ-1/2gt】になるそうなのですが、1/2とはどこから出てきたのでしょうか? 解答解説は公式[ X=V0t-1/2at^2]に当てはめたから1/2が出てきているのですが、この公式の意味的に1/2って変位=平均速度×時間よ... 続きを読む

\m8.0 [知識 物理 41. 斜方投射 水平面上の点から, 水平との なす角が0の向きに小球を投げ上げた。 初速度 の大きさをV,投げ上げた位置を原点とし、水 平右向きにx軸, 鉛直上向きにy軸をとる。 投 げ上げた時刻をt=0 とし, 重力加速度の大き さをgとする。次の各問に答えよ。 y V (x1,yi) (E) Vo ti: 小 (x2,y2) (1) 初速度のx 成分 Vx, y 成分 Vy をそれぞれ 0 Vx x 求めよ。 (2) 時刻 t における速度の x 成分 vx, y 成分vy を, Vo, 0, g, t を用いてそれぞれ表せ。 (3) 時刻 t における小球の位置を示す座標 (x, y) を, Vo, 0, g, tを用いて表せ。 (4) 最高点に達する時刻と, 最高点の位置を示す座標 (x, y) を, Vo, 0, g を用いて それぞれ表せ。 (8) (5) 小球が再び地面に達する時刻と, 地面に落下した地点の位置を示す座標 (x2,y2) を,Vo, 0,g を用いてそれぞれ表せ。 ヒント (1) 三角比を用いて, 小球の速度を分解する。 (4) 最高点では速度の鉛直方向の成分が 0 となる。 (5) 再び地面に達したとき, 高さ (y座標) が0である。 例題 7 88

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