2020年08月20日

中学理科、高校物理(用語)「等速直線運動」

中学理科、高校物理(用語)「等速直線運動」

★等速直線運動(uniform linear motion)

重力の働かない宇宙空間を飛翔する物体のように、速度の変化しない運動のこと。

物体が力を受けていないまたは、物体が受ける力の合力がゼロであるときに、物体は等速直線運動をする。


物理の問題では、「なめらかな水平面上」などを移動する物体は、摩擦力を無視できるとして、等速直線運動をすると考えます。

「等加速度直線運動」と「等速直線運動」は文字の見た目が似ているので、勘違いしないように気をつけましょう!


◆関連項目
速度、速さ加速度等加速度運動


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高校物理「力学的エネルギー」「バネの弾性力」ばねの縮みが(1/2)a[m]のときの小球Pの速さ

高校物理「力学的エネルギー」「バネの弾性力」ばねの縮みが(1/2)a[m]のときの、小球Pの速さv2を求めよ。

◆問題

なめらかな水平面上に置かれたばね定数k[N/m]の軽いばねに、質量m[kg]の小球Pを押し当てて、ばねを自然長からa[m]だけ縮ませた。

(1) 小球Pを静かに放し、ばねの長さが自然長になったときのPの速さv1を求めよ。

(2) ばねの縮みが(1/2)a[m]のときの、小球Pの速さv2を求めよ。

この記事では(2)を解説します。


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◆解説

(1) 小球Pを静かに放し、ばねの長さが自然長になったときのPの速さv1を求めよ。の解説で求めたように、最初の状態はK=0,U=(1/2)ka^2です。

(a/2)[m]だけ伸びたときは、K=(1/2)mv2^2,U=(1/2)k(a/2)^2ですね。

なめらかな水平面上なので、力学的エネルギーの保存が成り立つので、

(1/2)ka^2=(1/2)k(a/2)^2+(1/2)mv2^2

が得られます。
あとはこれをv2について解けばOKですね!

ka^2=k(a^2/4)+mv2^2
mv2^2=ka^2−k(a^2/4)
mv2^2=(3/4)ka^2
 v2^2=(3/4)ka^2/m
  v2=(a/2)√(3k/m) [m/s]


次の問題→(3) はじめにばねを自然長からa[m]押し込むために必要な外力の仕事Wを求めよ。


◆関連問題
斜面を滑り上がる物体
人工衛星の力学的エネルギー


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