自由落下する物体 ― 問題点と解決策

直線運動における問題解決例 – 自由落下物体

1. 崖の上から物体を落とした。3秒後に地面に衝突することが確認された。衝突直前の速度を求めよ。重力加速度は10 m/s²とする。水の抵抗は無視する。

既知:

初速度 (v o ) = 0 (物体が落下した時)

時間間隔(t)=3秒

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

求めるもの:最終速度(v t )

解決策:

地球表面における重力加速度の大きさは 9.8 m/s 2です。計算を容易にするために、10 m/s 2を使用します。

10 m/s²または10 m/s / 1 秒とは、速度が毎秒 10 m/s ずつ時間とともに直線的に増加することを意味します。

1秒後、物体の速度は10m/sとなる。

2秒後、物体の速度は20m/sとなる。

3秒後、物体の速度は30m/sになります。

一定加速度での運動についても、以下に示すように運動方程式を用いることができます。

v t = v o + at

s = v o t + ½ at 2

v t 2 = v o 2 + 2 as

自由落下には初速度がないため(v o = 0)、上記の式は以下のように変更できます。

自由落下運動の式:

v t = gt ………… 1

h = ½ gt 2 ………… 2

v t 2 = 2 gh ………….. 3

v t = gt

v t = (10)(3)

v t = 30 m/s

最終速度は30m/sです

[irp]

2. 物体が高さ 25 m から静止状態から自由落下する。(a) 地面に衝突する速度、(b) 地面に到達するまでの時間を求めよ。

地球表面における重力加速度は 10 m/s 2です。

既知:

高さ (h) = 5 メートル

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

求む:

(a)最終速度(v t)

(b)時間間隔(t)

解決策:

自由落下の式:

v t = gt

h = ½ gt 2

v t 2 = 2 gh

(a)最終速度(v t )

v t 2 = 2 gh = 2(10)(5) = 100

v t = 10 m/s

(b)時間間隔(t)

h = ½ gt 2

5 = ½ (10) t 2

5 = 5 t 2

t 2 = 5/5 = 1

t = 1秒

[irp]

3. ボールを高いところから落とした。最終速度が 20 m/s の場合、(a) 加速度、(b) 3 秒後の距離、(c) 空中滞在時間を求めよ。重力加速度 = 10 m/ s²

既知:

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

求む:

(a)加速度(a)

(b)経過時間(t)=3秒の場合の距離または高さ(h)

(c) 時間間隔 (t) v t = 20 m/sの場合

解決策:

自由落下の式:

v t = gt

h = ½ gt 2

v t 2 = 2 gh

(a)加速度(a)

加速度=重力加速度=10 m/s² 。これは、速度が毎秒10 m/sずつ増加することを意味します。

(b)t = 3秒後の距離または高さ(h)

h = ½ gt 2 = ½ (10)(3) 2 = (5)(9) = 45メートル

(c) 経過時間 (t) v t = 20 m/sの場合

v t = gt

20 = (10) t

t = 20 / 10 = 2秒

[irp]

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  1. 距離と変位
  2. 平均速度と平均速度
  3. 一定速度
  4. 一定加速度
  5. 自由落下運動
  6. 自由落下時の下降運動
  7. 自由落下時の上下運動

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