v-tグラフ

(1)例題

下図のように水平な床があり、点Aと点Bの間はあらい面に、それ以外はなめらかな面になっている。左側のなめらかな面の上を等速度ですべってきた小物体が、時刻t=0sで点Aを通過し、その後、時刻tB〔s〕で点Bを通過した。小物体の速度v〔m/s〕と時刻t〔s〕の関係を縦軸をv、横軸をtとしてグラフをかけ。ただし、下図の右向きを速度の正の向きとし、あらい面と小物体との間の動摩擦係数は一定であるとする。また、横軸にtBは記入せよ。

(2019年センター試験本試物理基礎第1問問2)

(2)例題の答案

小物体がなめらかな面を運動するとき(t<0, tB<t)は、小物体は等速直線運動をする。
小物体があらい面を運動する時(0<t<tB)は、動摩擦力は一定であるから、等加速度直線運動をする。
よって、v-tグラフは以下のようになる。

(3)解法のポイント

力がはたらけば必ずその方向に加速度が生じます。

そのため、一定の力をかけ続ければ、一定の加速度を生じ、等加速度直線運動となります。

(4)必要な知識

①運動方程式

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※F=0のとき、a=0となるので、力がつり合えば、その物体は静止または等速直線運動をする(慣性の法則)

(5)理解すべきこと

①v-tグラフで読み取るべきポイントを理解しましょう→等加速度直線運動の式の成り立ちと関係(v-tグラフの読み取り方、加速度・速度・変位の微分と積分の関係についても解説しています)

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②運動方程式は「力を加えるとその方向に加速度が生じる」という意味であることを理解しましょう→運動方程式の意味(力を加えるとその方向に加速度が生じる、放物運動・円運動・単振動を運動方程式で考える)

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③摩擦力は3つに分けて考えましょう→摩擦力は3種類あると考えましょう(静止摩擦力、最大摩擦力、動摩擦力)

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(6)参考

☆平面内の運動の勉強法はこちら→平面内の運動

平面内の運動(力学)公式

☆力学の勉強法はこちら→力学の勉強法

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