解答★高校物理基本問題「運動方程式」

解答★高校物理基本問題「運動方程式」

質量１０ｋｇの物体がなめらかな水平面上に置かれている。重力加速度を９．８ｍ／ｓ^2として次の問いに答えよ。

(1) この物体にはたらく重力を求めよ。

重力も力なので、Ｆ＝ｍａで全く問題ありません。
Ｆは力(Ｎ)，ｍは質量(ｋｇ)，ａは加速度(ｍ／ｓ^2)ですね。

(重力)＝１０×９．８＝９８[Ｎ]


(2) この物体を３０Ｎの力で水平方向に引っ張ったときの、物体の加速度を求めよ。

これも運動方程式Ｆ＝ｍａで解決します。
物体の質量１０ｋｇ，力３０Ｎがわかっているので、Ｆ＝ｍａに代入して、

３０＝１０ａ
　ａ＝３

有効数字を２桁とすれば、３．０[ｍ／ｓ^2]


(3) この物体が水平方向に０．５０ｍ／ｓ^2の等加速度運動をするとき、物体にはたらく水平方向の力は何Ｎか求めよ。

今度は加速度がわかっています。
だから特別な方程式を・・・なんてことはありません(笑)
質量１０ｋｇ，加速度０．５０を代入すると、

Ｆ＝１０×０．５０＝５

有効数字を２桁とすれば、５．０[Ｎ]

(2), (3)では「なめらかな水平面上」の「水平方向」の運動なので摩擦力も働かず、鉛直方向の力はつり合っているので、重力については考慮する必要がありませんでした。


(4) この物体が鉛直上方に０．５０ｍ／ｓ^2の等加速度運動をするとき、物体にはたらく鉛直上向きの力は何Ｎか求めよ。

鉛直上方に運動するということは、重力に逆らって上向きに動かすので、重力よりも大きい力が必要です。

つまり、

「重力」＋「０．５０ｍ／ｓ^2の加速度を生じる分の力」を加えた場合に、鉛直上方に０．５０ｍ／ｓ^2の等加速度運動をするはずです。

重力は(1)で求めた９８Ｎ，０．５０ｍ／ｓ^2の加速度を生じる力は(3)で求めた５．０Ｎなので、

９８＋５＝１０３[Ｎ]

というわけです。


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