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
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 。単位は 。
使う量の単位:
[] ○ 一致
単位は 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
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
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
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
[] ○ 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 。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
粗い斜面をすべり下りる物体の加速度
代入:μ′ = 0/θ = 90°/θ = 0
アトウッドの器械(滑車につるした2つのおもり)の加速度
代入:m₁ = m₂/m₂ = 0/m₂ → ∞
水平な台の上の物体と、つるしたおもりの加速度
代入:m₁ = 0/m₂ = 0/m₁ → ∞
静止した物体への弾性衝突(はね飛ばされる側の速さ)
代入:m₁ = m₂/m₂ → ∞/m₁ → ∞
完全非弾性衝突(くっついた後の速さ)
代入:m₂ = 0/m₂ → ∞/m₁ = m₂
2本のばねを直列につないだときのばね定数
代入:k₂ → ∞/k₁ = k₂
よくある質問
- 斜方投射の水平到達距離の答えは?
- 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「」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。