理科ラボ

物理基礎|力と運動(3)斜面上の物体

斜面の物体は、重力を「分けて」考える

この教材のために作ったオリジナル問題です。

答えを選ぶと、正解とわけが出ます。図の問題は、答えたあとに図が動いて確かめられます。

問1選んで答える

質量 4.0 kg の物体を θ = 30° のなめらかな斜面に置いた。重力の「斜面に平行な分」は?(g = 9.8 m/s²、sin30° = 0.50)

答えと解説

正解:19.6 N

mg sinθ = 4.0 × 9.8 × 0.50 = 19.6 N。

問2選んで答える

質量 4.0 kg の物体を θ = 30° のなめらかな斜面に置いた。垂直抗力の大きさは?(cos30° = 0.87)

答えと解説

正解:34 N

N = mg cosθ = 4.0 × 9.8 × 0.87 ≒ 34 N。

問3選んで答える

θ = 30° のなめらかな斜面で物体を放した。加速度の大きさは?(g = 9.8 m/s²、sin30° = 0.50)

答えと解説

正解:4.9 m/s²

ma = mg sinθ より a = g sinθ = 9.8 × 0.50 = 4.9 m/s²。

問4選んで答える

同じなめらかな斜面で、1 kg と 3 kg の物体を同じ高さから同時に放した。下に着くのは?

答えと解説

正解:同時

a = g sinθ に質量は入っていないので、加速度は同じ。同時に着く。

問5考えてから見る

斜面上の物体の問題を解くとき、重力を「斜面に平行」と「垂直」に分ける理由を説明しよう。

答えと解説

物体は斜面にそってしか動けないので、動く向き(平行)とそれに垂直な向きに分けると、垂直な向きは力のつりあい(N = mg cosθ)、平行な向きは運動方程式(ma = mg sinθ)と、別々に考えられて計算が簡単になるから。

自分の答えに、次のことが入っていたかくらべてみよう

  • 物体は斜面にそって動く(垂直な向きには動かない)と書いている
  • 垂直な向きはつりあい、平行な向きは運動方程式、と分けられると書いている