• ベストアンサー

物理の問題が分かりません

Quarksの回答

  • Quarks
  • ベストアンサー率78% (248/317)
回答No.2

いくつかのアプローチがあります。   力学的エネルギー保存則を使って解く。 物体には重力という保存力しか働いていないので、力学的エネルギーE(=位置エネルギーU+運動エネルギーK)は一定値のまま保存されますので、そのことを利用します。 本問では、位置エネルギーとしては、重力による位置エネルギーだけを考えれば良いです。 出発点(地面)の高さを、重力による位置エネルギーの基準点としてみましょう。 物体の質量をm,初速度をv0とすると 地面を出発した瞬間では  K=(1/2)m・v0^2  U=0 ∴E=(1/2)m・v0^2 式(ア) 高さhでは  K'=(1/2)m・((v0/3)^2)   =(1/18)・m・v0^2  U'=mgh ∴E=(1/9)・{(1/2)m・v0^2}+mgh (イ) 頂点(高さHとします)では一瞬静止しますから  K"=0  U"=mg・H ∴E=mg・H  (ウ) 力学的エネルギー保存則が成立していますから (ウ)=(イ)より  mg・H=(1/9)・{(1/2)m・v0^2}+mgh    (1/2)m・v0^2 は、(ア)からEに等しいので、(ウ)から mg・H にも等しいことを意味していますから  mg・H=(1/9)・{mg・H}+mg・h ∴ H=(9/8)h     次のような解法もあります。 物体の運動は鉛直投げ上げ運動ですが、鉛直投げ上げ運動の上昇中の運動は、最高点からの「自由落下」を時間反転しただけの運動ですから、最高点からの自由落下運動に置き換えて考えると楽に考えられます。 力学的エネルギー保存則を利用したり、自由落下運動の公式をたずねても yだけ自由落下したときの速さvは  v=√(2gy) という公式が得られます。ちょっと変形すると  v=k・√y   (カ) とみることができます。式中の k は√(2g)ですが、定数です。  (カ)は、「 v が √(落下距離) に比例する」ということを意味しています。 これを利用すると 高さhの地点とは、頂点からは H-h だけ落下した地点ですから  v:V=√(H-h):√H だということがわかります。また条件から  v:V=1:3 ですから  3・√(H-h)=1・√H ∴H=(9/8)・h

gori2san
質問者

お礼

分かりやすい説明をありがとうございます。 とても参考になりました!

関連するQ&A

  • 物理の問題

    図2の問題で 斜面を上り下りする物体のときのように、斜面に垂直な方向でのつり合いの式を作ってはだめ。とあったのですがどういうことなんですか?

  • 物理の問題

    解答ぜひお願いします。 『水平面上に重さWの物体を置き、次のように物体を引っ張るとき、引く力をいくら以上にすると物体は滑り出すか。ただし、最大静止摩擦係数はμとする。』 (1)水平方向(θ=0)に引く場合 (2)水平方向より30°上方へ引く場合。 よろしくお願いします。

  • 物理問題解説

    物理をとらなければならなくなって奮闘している文系です。 次の問題の解説を、出来る限り詳しくお願いします。 この問題全部では六問あって、質問させて頂いてるのは最後の2問です。 最初の4問は加えた力がした仕事、重力がした仕事、垂直抗力がした仕事、動摩擦力がした仕事で、そちらはなんとか解けそうです。 粗い面上で質量4[kg]物体に、水平と30°の方向に60[N]の力を与えて一定の速度で3[m]移動させた。 5)物体に働く力の合力がした仕事はいくらか。 6)物体が0.60[m/s]で移動したとすると、加えた力の仕事率はいくらか。 よろしくお願いします。

  • 物理の問題でわからないところがあります

    物理の慣性力に関する問題なのですが、まずは問題の設定を簡単に説明します 質量Mの物体(平面上で考えるので、正方形だと思ってください)の右上の角のところに滑車が取り付けられていて、この物体の上の質量m1の小物体1と、質量Mの物体の側面に質量m2の小物体2が滑車を通して糸で繋がれています。いま、質量Mの物体が左向きに加速度aで動き始めました。 こんな感じなんですが、慣性系から観察したら横にぶら下がってる小物体にはm2×aの慣性力が右向きに働いていますよね? それは分かるのですが、問題は垂直抗力です。本当の問題文には「小物体2は物体に接した状態で、滑らかに上下運動するが、離れることはない」と書かれていました。 で、解いていって、間違えたので解説を読んだら、物体の側面からの垂直抗力Nと慣性力が N+m2×a=0 と立式されていました。 解説図には垂直抗力は慣性力と同じく右向きの矢印で表されていました。 意味がわかりません。このまま考えると、垂直抗力は負になってしまいませんか? 負にならないとしたら慣性力+垂直抗力の力を同じ方向に受けて側面から離れてしまいそうだし、第一上の立式の意味もさっぱりわかりません。 こんな説明では意味が分からないのはこっちだ!(笑)と思われてしまうかもしれませんが、どなたか説明してください。 質問に理解ができないところがありましたら教えてください。

  • 物理の問題です。解答はあるのですが、解説がないので

    物理の問題です。解答はあるのですが、解説がないので、詳しい解説をお願いしたいのです。 ●地上から鉛直上向きに、質量mの物体が速さvで飛び出した。地球の質量をM、半径をRとして、以下の問いに答えよ。 (1) 物体は地球の中心から3Rの位置Pで速度が0になった。地上における物体の速さvはいくらか? (2) 位置Pに達した物体に、初速度を地球の半径方向と垂直に与えたところ、物体は地球の中心から半径3Rの円運動をした。このときの物体の運動エネルギーはいくらか?。また、力学的全エネルギーはいくらか? (3) 物体に更に速度を与えて月に向かわせた。月の表面付近で減速させて周回軌道に乗せたい。月面での重力加速度がg/6、半径半径がR/3.7のとき、周回速度はいくらか? 地球からの脱出速度√2gR=11.2km/sを用いてもよい。 お願いします

  • 物理の問題について質問です

    物体を鉛直方向に20m/minの速さで釣り上げているクレーンが同時に、30m/minの速さで水平方向に移動している。この物体の合速度の大きさは何m/minか。 という問題が分かりません。 「合速度の大きさ」とはつまり、実際に物体が問題の通り動いたときのの速さのことですよね? どうやって出すんでしょうか? 分かりません 単純に、対角線の長さを出すように計算したら正答と違っていました。

  • <物理> 問題集の質問です。

    (問題) 水平面に対して30°だけ傾いている高さhの滑らかな斜面がある。その頂点Aから質量mの小物体を手放したところ、物体は斜面を滑り落ちてB点(端)に達し、さらにその下の水面に角度60°で飛び込んだ。 水面からの高さはHとし、重力加速度をgとする (設問1) B点に達するまでの時間Tと垂直抗力N     T=2√(2h/g)  N=√3mg/2 (設問2) B点での速さv   v=√2gh (設問3) B点から水面に飛び込むまでの時間tをh、gで表す。   t=√2h/√g (設問4) 水面からB点までの高さHをhであらわす。        H=2h 質問したいのは設問3からのものです。解答見たらすっきり書いてあり理解はできましたが、 自分の回答とは全く異なるものでした。 私は設問4を解いてから設問3に行こうと考え、解きました。が答えが合いません。 どこが違うのかわからず、すごくモヤモヤしています。 教えてください。お願いします。 以下に私の答案を示します。     B点での飛び出しの速さがV より鉛直成分の速度はvsin30°=v/2  鉛直方向は鉛直投げ下げ運動より、水面に着水するまでの時間をtとして         H=vt/2+gt^2/2   ∴gt^2+vt-2H=0  解の公式を用いて、t=(-v+√(v^2+8gH))/2g  …(1)    水平方向はv√3/2 で一定なので水平方向の到達距離xとすれば         x=H/tan60°   ∴x=H/√3  よってv√3/2 *t =x      ∴ 3√2gh*√(2gh+8gH)=4gH+6gh  両辺二乗して整理すると、         16H^2-96hH=0    ∴H=6h   答え  これを(1)に代入して         t=・・・・・  とやろうとおもいました。  Hの値を間違えました。それがなぜかわからず困っています。今4回計算しなおしましたが同じ結果  です。  わかりましたら教えてください。お願いします。  

  • 物理 問題

    初めに速度-2(m/s)で運動していた物体が、0(s)から一定の割合で速度を変えて、3(s)のときに速度-5(m/s)になった。このときの物体の加速度を求めよ。 解答お願いします。

  • 物理の問題について

    物理の問題です。 この問題の解答方法を教えていただけないでしょうか? 粗い水面上に静止している質量m=3kgの物体に図示のように変化する力Fが働く。ただし、動摩擦係数μ=0.25とする。 (1) t =1sにおける物体の速度v(1)を求めなさい。 (2)物体の速度v(t)が最大となる時刻t1は力Ftと動摩擦力fの大きさが等しくなる時刻である。時刻t1とそのときの速度v(t1)を求めなさい。 (3) 物体が静止する時刻t2を求めなさい。 よろしくお願いします。

  • 力学の問題について教えてください

    水平方向に速度Vで飛んできた質量mの物体に鉛直方向から速度vで質量Mの玉がぶつかったときの物体の速度を求めなさいという問題なのです。 ベクトルで考えるのでしょうか。 解答の道すじを教えていただきたいです。