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数学 高校生

物理の斜方投射と自由落下の問題です。赤で囲んだ式がなぜYqを表しているのかが分からないので教えて欲しいです。

発展例題 44 2つの小球の運動 12. 平面上の運動 111 <発展例題 44 斜方投射と自由落下 図のように、水平右向きにx軸、 鉛直上向きにy軸を とる。 座標 (1,0)に点があり(1, h)に点Bがある。 小球Pを原点Oから、x軸の正の向きより角0上方に 速さで発射すると同時に,小球Qを点Bから自由落 下させた。 重力加速度の大きさをgとする。 y h JVER Q OB 881 Vo 20 La\mA O小球 P X (1)Pがx=lに到達したときのy座標を求めよ。 (2)PがQに命中するためには, 0, 1, hの間にどのような関係が成り立てばよい か。 (3) Qが点Aに到達するまでに, PがQに命中するためのvo の条件を, 1, h, g を用いて表せ。方投射顔 考え方 (2)Pがx=1に到達したときに, (Pのy座標)=(Qのy座標) になればよい。 (3)PがQに命中する位置のy座標が正であればよい。 解答」 (1) P がx=lに到達するまでにかかる時間は, DCOS6.t=l よって, t=- Vo COSO このときのPのy座標yp は, 1 1 y=vosinft-gt2=vosinQ・ DO COSO 29 (COS) =ltan0- gl² 2vcos'O (2)Pがx=lに到達したときのQのy座標yo は, 補足 98г (2)の結果(tan0=1 か 平ら, PQに命中させる には,PをQに向けて 発射すればよいとわかる。 QoB Vo yo=h- 1 2 g =h- g12 Vo COSO 2vo²cos20 y=ye であれば,PがQに命中するので, Itan0- g12 ・=h- g12 よって, tano 低庫 2v02cos20 2vo² cos20 (3) tan0=午のとき,右の図より OB=√2+h2, cost=- l 12th だから、 √√√12²+h² 105 yo=h- 0 50 =h- gl² 2 202 ( g(1²+h²) 2vo² >0であればよいので, h−9 (1² + h²) > 0 h- 2 2002 Vo>05, vo>. h>9 (1²+h²) 2002 g(1²+h²) 2h h この理由をPの変位を 「重力を無視した場合の 変位」 と 「自由落下の変 位」にわけて考える。「重 力を無視した場合の変 位」は、初速度v の等速 直線運動の変位である。 「自由落下の変位」はP とQで同じなので,Pを Qに命中させるには,重 力を無視した場合の変位 がP(点O)からQ(点B) の向きであればよい。 ●B 重力を無視 vo² >9 (1²+h²) した場合の 変位 2h Vo O' 881 自由落下の変位

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物理 高校生

(4)についての質問です。 ボールが何m移動したかという方の問題ではグラフから考えるのが簡単だしいいと言うのは分かるのですが、 何故x= v0t+1/2at^2という公式を使うと答えが出ないのかが分かりません。

JEST 発展例題2 等加速度直線運動 →発展問題 24,25,26 斜面上の点から, 初速度 6.0m/sでボールを斜面に沿 って上向きに投げた。 ボールは点Pまで上昇したのち, 下 降し始めて、点0から5.0mはなれた点を速さ 4.0m/s で斜面下向きに通過し, 点Oにもどった。 この間, ボール は等加速度直線運動をしたとして, 斜面上向きを正とする。 (1) ボールの加速度を求めよ。 5.0m P Q 6.0m/s NJ (9) (2) ボールを投げてから, 点Pに達するのは何s後か。 また, OP間の距離は何mか。 (3) ボールの速度と, 投げてからの時間との関係を表すv-tグラフを描け。 (4) ボールを投げてから,点Qを速さ 4.0m/sで斜面下向きに通過するのは何s後か。 また, ボールはその間に何m移動したか。 指針 時間 t が与えられていないので, 「v-vo2=2ax」 を用いて加速度を求める。 また, 最高点Pにおける速度は0となる。 v-tグラフ を描くには,速度と時間との関係を式で表す。 解説 (1) 点0, Qにおける速度, OQ 間 の変位の値を 「v2-vo2=2ax」に代入する。 a=-2.0m/s2 (-4.0)2-6.02=2×α×5.0 (2)点Pでは速度が0になるので,「v=vo+at」 から 008 0 = 6.0-2.0×t t=3.0s 3.0s 後 OP 間の距離は, 「v2-vo2=2ax」 から, 02-6.02=2×(-2.0) xx x=9.0m (「x=cat + 1/2a2」からも求められる。) (3) 投げてからt [s] 後の速度v [m/s] は, 「v=vo+at」 から, v=6.0-2.0t e-tグラフは,図のようになる。 [m/s]↑ UT 6.0 OP間の距離 PQ間の距離 R 1 2 3 4 56t[s] -4.0 -6.0 (1) (4) 「v=vo+at」 から, -4.0=6.0+(-2.0) xt t=5.0s 50s 後入量の中原 (S) ボールの移動距離は, v-tグラフから, OP 間 の距離とPQ間の距離を足して求められ 6.0×3.0 2 + (5.0-3.0)×4.0 2 =13.0m Point v-tグラフで, t軸よりも下の部分の 面積は、負の向きに進んだ距離を表す。

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