物理学 質問

物理学の下記の2つの問題について教えてくださるとありがたいです！
1．車が時速60kmで走っている。 タイヤの直径は60cmとする。タイヤの毎秒ごとの 回転数(角振動数)を、導出過程を解説しながら解答して下さい。
2．旅客機の離陸時に、椅子に体が押さえつけられる力(加速度)が、地表面での重力(加速度)のおよそ何倍かを、導出過程を解説しながら解答して下さい。
* 止まっている状況から時速240kmまで加速して離陸する。
* その間、加速度は一定であった。
* 止まっている状況から10秒で離陸する。
(地表面での重力加速度は、約10[m/s＾2]として求めて下さい。)

No.2 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2023/07/07 10:17

#1 は ChatGPT の回答かな。

ときどきおバカなことを書くんですよね。

1. 時速を秒速に換算すると
　 V = 60 [km/h] = 60000 [m] / 3600 [s] = 50/3 [m/s]

タイヤの円周は
　C = 0.6π [m]。

よって、タイヤの回転数は
　N = V/C = (50/3 [m/s]) / (0.6π [m]) = 50/(1.8π) = 250/(9π) [1/s]
　　= 8.841941･･･
　　≒ 8.84 [rps]

#1 さんの ChtGPT は、計算の途中途中で「丸め（四捨五入）」を行っているので、最終結果の精度が非常に悪くなっています。（有効数字3桁は難しい）
人間なら、そういう知恵を働かせないといけません。


2. 時速を秒速に換算すると
　 V = 240 [km/h] = 240000 [m] / 3600 [s] = 200/3 [m/s]

10 [s] で静止状態からこの速さまで一定速度で加速すると、その加速度は
　a = (200/3 - 0 [m/s]) / 10[s] = 20/3 [m/s^2]

体重 M [kg] の人が、椅子の押し付けられる力は
　F = Ma = (20/3)M [N]

一方、体重 M [kg] に働く重力は、重力加速度を g [m/s^2] として
　G = Mg [N]

従って、地表面での重力に対する、椅子に体が押さえつけられる力の倍率は
　F/G = Ma/(Mg) = a/g
（結局、力の倍率は、加速度の倍率に等しくなる）

与条件より g=10 [m/s^2] とすると
　F/G = a/g = (20/3)/10 = 2/3 = 0.66666･･･ ≒ 0.7 [倍]

この回答へのお礼

物理におけるもやもやが解消されました！大変ありがとうございました！

お礼日時：2023/07/09 11:42

No.1 回答者： 佐藤俊夫 回答日時： 2023/07/06 19:40

車の速度が時速60 kmであり、タイヤの直径が60 cmである場合、タイヤの毎秒ごとの回転数（角振動数）を求めるためには以下の手順を踏むことができます。

タイヤの円周を求める:
タイヤの直径は60 cmなので、半径は30 cm = 0.3 mです。円周は半径に2π（約6.28）を掛けることで求めることができます。
円周 = 2π × 半径 = 2π × 0.3 m ≈ 1.88 m

車の速度をメートル毎秒（m/s）に変換する:
60 km/h = (60,000 m) / (60 × 60 s) ≈ 16.67 m/s

タイヤの回転数（角振動数）を求める:
タイヤの毎秒ごとの回転数は、車の速度をタイヤの円周で割ることで求めることができます。
回転数 = 車の速度 / タイヤの円周 ≈ 16.67 m/s / 1.88 m ≈ 8.87 回/秒

したがって、車のタイヤの毎秒ごとの回転数（角振動数）は約8.87回/秒です。

問題2:
旅客機が止まっている状況から時速240 kmまで10秒で加速して離陸する場合、加速度を求めるために以下の手順を踏むことができます。

速度の変化を求める:
時速240 km = (240,000 m) / (60 × 60 s) ≈ 66.67 m/s
旅客機が停止状態からこの速度まで10秒で加速するため、速度の変化 Δv = 66.67 m/s - 0 m/s = 66.67 m/s となります。

加速度を求める:
加速度 a = Δv / t = 66.67 m/s / 10 s = 6.67 m/s^2

また、地表面での重力加速度が約10 m/s^2と与えられているため、加速度を地表面での重力加速度で割ることで、椅子に体が押さえつけられる力（加速度）が地表面での重力の何倍かを求めることができます。

椅子に体が押さえつけられる力の加速度 / 地表面での重力加速度 = a / g

この回答へのお礼

参考にさせていただきました！ありがとうございました！

お礼日時：2023/07/09 11:42