物理基礎の問題について質問です ①滑らかな水平面上に置かれた質量4.0kgの物体に、右向きに一定の力

物理基礎の問題について質問です

①滑らかな水平面上に置かれた質量4.0kgの物体に、右向きに一定の力を加え続けて運動させると、3.0秒後に速さが6.0m/sとなった。加えている力の大きさは何Nか。

②滑らかな水平面上を
速さ1.2m/sで滑ってきた質量10kgの物体を、ひもで引いて2.0秒間で停止させた。等加速度直線運動をしたとすると、ひもの張力の大きさは何Nか。

③質量10kgの物体が、水平とのなす角が30度の滑らかな斜面を滑り降りている。物体の加速度の大きさは何m/s^2か。

④質量1.0kgの物体が、水平とのなす角が45度の滑らかな斜面を滑り降りている。物体の加速度の大きさは何m/s^2か。

上記の問題を教えてください
よろしくお願いします！！

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2017/08/18 12:00

「教えてください」という前に、「勉強してください」ですよ。

運動の力学、運動方程式そのものです。これが分からなければ「物体の運動」に関しては全滅です。

質量 m (kg) の物体に力 F (N) が働くと、加速度 a (m/s²) が生じて、その間には
　F = ma
の関係が成り立ちます。

① 質量 m = 4.0 (kg)
　3.0秒後に速さが6.0m/sとなるので、加速度（1秒当たりの速さの変化）は
　　a = 6.0(m/s) / 3.0(s) = 2.0 (m/s²)
よって、このときに加えている力は
　F = 4.0 (kg) * 2.0 (m/s²) = 8.0 (kg･m/s²) = 8.0 (N)

（注：１ニュートンとは、1 kg の質量に 1 m/s² の加速度を生じさせる力なので 1 kg･m/s² = 1 N です）

② 質量 m = 10 (kg)
　速さ1.2m/sを2.0秒間で速さゼロにしたのだから、加速度（1秒当たりの速さの変化）は
　　a = 1.2(m/s) / 2.0(s) = 0.60 (m/s²)
よって、このときに加えている力は
　F = 10 (kg) * 0.60 (m/s²) = 6.0 (kg･m/s²) = 6.0 (N)
ひもの張力は、この力に等しい。

③質量 m = 10 (kg)
　働く力は、鉛直下向きの「重力：mg」の斜面下向き方向の成分であるから、
　　F = mg * sin(30°) = 10 (kg) * 9.8 (m/s²) * (1/2) = 49 (N)
よって、物体に働く加速度の大きさは
　　a = F/m = 49 (N) / 10 (kg) = 49 (kg･m/s²) / 10 (kg) = 4.9 (m/s²)

初めから
　　F = mg * sin(30°) = mg/2
なので
　　ma = mg/2
から
　　a = g/2 = 9.8(m/s²)/2 = 4.9 (m/s²)
としてもよいです。

④ まったく③と同じなので自分でやってみて。
　答えは
　　a = 9.8/√2 ≒ 6.9 (m/s²)
になります。斜面が急な分、③よりも大きくなります。

ガリレオ・ガリレイの「ピサの斜塔」の実験で示されるように、「重力による落下速度は重さによらない」です。つまり「落下加速度は重さによらない」です。