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。