力学定番問題

斜方投射の最高点の高さを、単位と代入で検算する

問題

水平な地面から、水平と角 θ をなす向きに速さ v₀ で小球を投げ上げた。最高点の高さ H を求めよ。重力加速度の大きさを g とする。

答えH=v02sin2θ2g

答えが出たら、提出する前に2つの方法で確かめます。① 単位で式の形を確かめ、② 特別な値の代入で中身を確かめます。

① 答えの単位で確かめる

求めたいのは長さ H。単位は m。

使う量の単位:

[v02sin2θg] =(ms)2ms2=m ○ 一致

単位は m で一致しました。ただし、これだけでは係数や符号、sin と cos の取り違えはわかりません。

② 特別な値を代入して確かめる

答えがすぐにわかる極端な場合を考え、式に代入して同じ結果になるかを確かめます。

1θ = 90°(真上に投げる)○ 合う
式に代入するとH=v022g
物理的には鉛直投げ上げの最高点 v₀² = 2gH から、v022g になるはず
2θ = 0(水平に投げる)○ 合う
式に代入するとH=0
物理的には上向きの速さがないので、まったく上がらないはず

どの場合も、物理的に正しい結果になりました。単位と代入の両方を通った答えは、かなり信頼できます。

単位は合うのに間違っている答えを、代入で見抜く

ありがちな答えH=v02sin2θg
[v02sin2θg] =(ms)2ms2=m ○ 一致

単位は合っているので、①だけでは見抜けません。そこで θ = 90°(真上に投げる) を代入すると、

θ = 90° を代入すると H=v02g。鉛直投げ上げの v022g の2倍になってしまいます。単位では見抜けない係数のミスも、知っている答えと比べれば見つかります。

この問題の検算のコツ

特別な場合が「すでに知っている問題」になるように値を選ぶと、係数のミスまで見つけられます。

ほかの定番問題

→ 代入で検算する方法と、問題の一覧 → 長さの単位の意味