GWCP001 問題6
問題文
斜面を転がり下りる台車の等加速度直線運動
問題文
摩擦の無視できるなめらかな斜面の上に台車を置き、静かに手をはなしたところ、台車は斜面に沿って下向きに等加速度直線運動を始めた。 手をはなした瞬間を時刻 t=0 とし、台車が動き始めてから一定の時間 t1 が経過するまでの間に移動した距離を x1 とする。このとき、台車の加速の度合いを表す加速度の大きさ a を求めたい。 等加速度直線運動の移動距離の公式を用い、指定された数値から加速度の大きさを計算せよ。
制約
- 移動時間 t1=2.0 s
- 移動距離 x1=6.0 m
入力形式
加速度の大きさの数値(単位:m/s2)を自然数で答えよ。
解説
解説
等加速度直線運動の公式
高校物理基礎の導入では、加速度が常に一定である「等加速度直線運動」を扱います。 初速度(はじめの速さ)が 0 m/s のとき、時間 t の間に移動する距離 x は、加速度の大きさを a とすると次の公式で表されます。
x=21at2
計算
問題の条件より、初速度は 0 m/s、時間 t1=2.0 s、移動距離 x1=6.0 m です。これらをもとの式に代入して、加速度 a について解きます。
6.0=21×a×(2.0)2
右辺の時間を2乗すると (2.0)2=4.0 となります。
6.0=21×a×4.0 6.0=2.0a
両辺を 2.0 で割ることで、加速度 a が求められます。
a=2.06.0=3 m/s2
したがって、入力すべき自然数は 3 です。