Question

s

4番について質問したいです。
これの答えがイになる理由がわかりません。鉛直方向で考えると，自由落下の運動と同じになるのではないかと思ったからです。解説の書いてあることもあまりピンときてません。
どこから考え方が違うのか，どう違うのかを教えて欲しいです。

よって
36 ゆえに '=6.0rad/s
基本例題 12 慣性力
•53,54,55,56 解説動画
一定の大きさの加速度αで進行中の電車の天井から
質量mのおもりを糸でつるした。 電車内の人には,糸
が鉛直方向から角度0傾いて静止しているように見え
た。重力加速度の大きさをgとする。
(1) 電車の加速度の向きは右向きか左向きのどちらか。
(2) tan の値を求めよ。
(3) 糸がおもりを引く力の大きさSをm,g, a を用いて表せ。
ア
人
(4) 突然糸が切れた。 電車内の人から見ると, おもりの軌道はア〜ウのいずれか。
指針 電車に乗った観測者から見ると, おもりには慣性力がはたらいているように見える。その
向きは,電車の加速度の向きと反対である。
解答 (1) 糸の傾きより慣
糸が引く力
性力の向きは右
Scos e
向きである。 よ
って,加速度の
向きは左向き。
(2) 電車内の人から
見ると, 重力,
SA
0:
慣性力
水平方向: Ssino-ma=0
鉛直方向: Scos0-mg=0
①,②式より tan0
・①
sin a
coso g
ma
Ssine
重力 mg
糸が引く力, 慣性力の3力がつりあ
っているように見える。 力のつりあ
いより
(3) 糸が引く力の大きさは三平方の定理より
S=√(mg)2+(ma)2=m√g2+a
(4) 電車内の人から見ると, おもりは重力と
慣性力を受けて運動するように見える。
したがって, それらの合力の向きに, 等加
速度直線運動を行う。 よってイ

Answer 1

✨ 最佳解答 ✨

say

(高校物理では)そもそも慣性力というのは、計算上のテクニックのようなもので、現象とは一切関係がありません。
なので、いつも通りのように運動方程式を立てるのがベストです。
上から目線ですが、超ハイレベルな解説をします。
この場合ですと、いつものように第三者視点で運動方程式を立てます。軸は直線運動なので、いつも通りの直交座標です。

糸が切れた瞬間のボールの運動方程式は
(x軸)m(a1＋a2)＝0
(y軸)m(b1＋b2)＝-mg
(a1とb1は電車の加速度、a2とb2はボール自身の加速度)
b1＝0、a1＝aなので、
以上の式よりa1＝-a2＝-a、b2＝-gとなります。
ボール自身の加速度は、
a1＋a2、b1＋b2 ですが、
「中の人から見て」という事は、相対加速度で、ボールの加速度から人の加速度をひきます。
人の加速度は慣性の法則より、aとb1なので、それらを引くと、相対加速度はa2とb2になります。
これらから、人から見たボールの加速度は右向きにa、下向きにgです。
ただ、これは分解された加速度なので、
本来の加速度は合成します。
そのため、ベクトルを考えると右斜め下向きになります。

s

ありがとうございます！

Answer 2

ら

(2)より電車は左向きに走っていますね。
よって慣性力は電車の進行方向に反対方向に働くため右向きに働きます。

振り子には下向きの重力と右向きの慣性力がはたらくため、その重力と慣性力を合成した方向に傾きます。

質問者様は自由落下運動と思われたようですが、自由落下運動というのは重力の影響だけを受ける運動なので、慣性力がはたらくこの運動では自由落下になりません。

振り子には常に慣性力maが働いており、問題文よりaは一定の大きさとあるので等加速度運動している電車の中でのmaも常に一定となります。
よって振り子は等加速度運動です

s

ありがとうございます