物理の質問なのですが、写真の問題の(4)で自分は箱Qの中に観測者を置き慣性力を考えて解いたのですが上

物理の質問なのですが、写真の問題の(4)で自分は箱Qの中に観測者を置き慣性力を考えて解いたのですが上手くいきません。なぜ違うのかを教えてください。

質問者からの補足コメント

• 自分の図示したものです

  
    補足日時：2019/02/18 15:20

• 自分で解いたものです。

  
    補足日時：2019/02/18 16:53

No.3 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2019/02/18 20:55

No.1です。

「補足」その２のあなたの答案を見ました。

まずは、あなたのやり方で「慣性力」を考えてみましょう。
この場合の慣性力はどちら向きですか？
慣性力が大きくなって動き出そうとするのを、摩擦力が邪魔するのですよ。

箱Ｑの上に静止してい座標系を考えれば、箱Ｑが床に対して右向きに加速度 A で運動していれば、箱Ｑ上の座標系には「左向きに加速度 -A」が働いているように見えます。従って、Ｐに働く慣性力は「左向きに、大きさが mA」です。
つまり、電車で加速中には慣性力は電車の後ろ向き（電車が加速するのと逆向き）に働くように、Ｑはあたかも「右上が高くなっている斜面に静止している」ような慣性力が働くのです。F = F2 > F1 というのは、斜面下向きの力が、静止摩擦力よりも大きくなるように「斜面の傾きを大きくした」ことに相当します。
つまり、箱Ｑ上の座標では、Ｐが運動する方向は「左向き」です。その方向に、慣性力が摩擦力に打ち勝って運動する加速度が a' です。
従って、Ｐの運動方程式は
　ma' = mA - μmg
となり、
　a' = A - μg　　　　①
です。

質問者さんの式では、その「加速度の方向」が逆です。
しかも、質問者さんの式では、箱Ｑ上の座標での加速度 a' と、本来求めたい「床の座標系での加速度 a」とを混同しています。

①は、箱Ｐが静止しているとした座標系での加速度、つまり「箱Ｐとの相対加速度」ですから、床の座標系から見れば
　a = A - a' = μg
ということになります。
（わざわざ A=～ を代入するまでもありません）

（別解）
ちなみに、慣性力ではなく、地上の座標系から見た力の基づく運動方程式で解く場合には、まず働いている力をすべて書き出します。
・鉛直方向には、
　・ＰからＱに、重力 mg が働く
　・ＱからＰに、その反作用としての垂直抗力 mg が働く
　・Ｑから床に、重力 (M + m)g が働く
　・床からＱに、その反作用としての垂直抗力 (M + m)g が働く

・水平方向には
　・Ｑには右方向に引く力 F が働く
　・Ｑには、床から摩擦力が左方向に働く。大きさは μ(M + m)g
　・Ｑには、Ｐから摩擦力が左方向に働く。大きさは μmg
　・Ｐには、その反作用として、Ｑから摩擦力が右方向に働く。大きさは μmg

これに基づき、箱Ｑの加速度を A、物体Ｐの加速度を a として、右向きを正とすれば
・箱Ｑ
　　MA = F - μ(M + m)g - μmg
・物体Ｐに働く力は摩擦力だけなので、
　　ma = μmg

これを解いて
　A = [F - μ(M + 2m)g]/M
　a = μg

No.4 回答者： tknakamuri 回答日時： 2019/02/18 21:01

慣性力で解くってことは、

Qが止まっている座標系で解くということ。
aも当然その座標系の値になるからa′とかにしないと駄目。
a′が求まったら、どうしたらaに変換できるか
考えてみよう。

No.2 回答者： スチールウール 回答日時： 2019/02/18 17:47

箱Qの中にいる人にとって、物体Pの加速度は本当にaでしょうか？

仮にa=0、初期速度も0、つまり静止していたとしたら、Qから見てPは止まっているのか、後ろに加速して下がっていくのか…

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2019/02/18 16:15

＞自分は箱Qの中に観測者を置き慣性力を考えて解いたのですが上手くいきません

どう「上手くいかない」のか書いてください。

あなたの図示したものの中に、「慣性力」はどう働いているのですか？

この回答へのお礼

すみません。説明が不十分でした。ほそくに貼っておきます。

お礼日時：2019/02/18 16:53