力学定番問題

斜方投射の水平到達距離を、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。同じ高さの地面に落ちるまでの水平距離 x を求めよ。重力加速度の大きさを g とする。

答えx=v02sin2θg

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 x。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 = 0(水平に投げる)○ 合う
式に代入するとx=0
物理的には地面すれすれに水平に投げると、すぐ地面に着くので 0 のはず
2θ = 90°(真上に投げる)○ 合う
式に代入するとx=0
物理的には真上に投げたら同じ場所に落ちてくるので 0 のはず
3θ = 45°○ 合う
式に代入するとx=v02g
物理的には0° と 90° の真ん中で、いちばん遠くまで飛ぶはず

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x=v02sinθg
[v02sinθg] =(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 x=v02g。真上に投げたのに、遠くに落ちることになります。

この問題の検算のコツ

角度の答えは、0° と 90° の両方を入れてみます。両はしで答えがわかる問題は多いです。

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

よくある質問

斜方投射の水平到達距離の答えは?
x=v02sin2θg です。
答えが合っているか、どうやって確かめる?
まず単位が m になるかを確かめ、次に θ = 0、θ = 90°、θ = 45° のような特別な値を代入して、物理的に当然の結果になるかを確かめます。
単位が合っていれば正しい?
いいえ。係数、符号、sin と cos の取り違えは単位では見つかりません。このページの「x=v02sinθg」のように、単位が合っていても間違っている答えは、代入で見抜きます。