「外力を加えず初速度を与える」とは？

添付の問題文についてです。問題の解き方の質問ではないのですが、「外力は加えず静止状態から初速度を与える」とは、実際にはどのようにするのでしょうか？最初が静止状態なら、少しでも加速度（力）を与えなければ動き出さないんではないでしょうか？

No.12 回答者： syotao 回答日時： 2023/10/17 10:38

No.11補足

したがって（6）は
（Qだけに初速を与えるために非常に短い時間
Qに衝撃力を加えた後、）外力は加えずに･･･
という表現がより適切なのです。

No.11 回答者： syotao 回答日時： 2023/10/16 13:52

たしかに、外力を加えず...　はおかしいですね。

実際にはＱだけに大きな衝撃力Ｆを非常に短い時間Δt作用させて
力積FΔtがQの運動量Mｖ0になるようにすると解釈するのがよいと思います。
このばあい、Pが受ける力積はμｍｇΔtだが、μｍｇが衝撃力Fにくらべて
大変小さいのでμｍｇΔtはほとんど0に等しいから
Pの運動量の増加は0、したがってPの速度は0のままです。
こう考えるとQだけに初速を与えるという状況が理解しやすいです。

No.10 回答者： han-ka-2 回答日時： 2023/10/16 08:22

文字通りのことを現実として捉えれば，それは不可能ですが，この問題を作った人が持っている外力というものには衝撃力が入ってないのかもしれません。

つまり，ある瞬間（数学的にはt=0 からの増分 Δt=0の間に）に衝撃力が作用していれば，運動量の変化が力積になる「あの式」から
m*v(0)=∫ P δ(t) dt = P
となります（δはディラックのデルタ関数）から，あたかも初速 v(0)=P/m を与えたような初期条件にできるわけです。t>0 には外力は一切作用していなくても，その初速で動き出すって寸法です。ま，無理はありますが，その問題を作った人の定義の解釈としては成り立つかもしれません。

No.9 回答者： tsumina 回答日時： 2023/10/15 22:24

＞ありがとうございます。

物理が理想的な状況に近似してモデル化したものだということはわかっています。

わかっているなら、この質問は出ません。

＞指示された通りに解けばいいだけなのも理解していますが、実際には可能なのかな？と疑問に思ったので、質問した次第です。

いくらでも可能です。外力を加えて、その速度になったら、Fを置いて、かつ外力を無くせばいいだけです。対象とする現象に、加速の過程を含めないだけの話です。

No.8 回答者： e12mv2 回答日時： 2023/10/15 20:08

いってみれば「箱Qが自発的に動き出す」ということだね。

７番がいうとおり、物理は現象そのものでなく現象からある要素を抽出した「系」を構築しその中で因果関係を追究する。
適当な系を構築できなければ、カルノーサイクルなど現実にはあり得ないモデルも想定する。
「思考実験」は立派な物理の手法である。

そのように余計な要素を除いて単純化しないと、複雑すぎて理論を構築することもできないし理論の演習にもならない。

まずは簡単な系やモデルから始め、そこで見出した法則をより複雑な系・モデルに適用させてゆく。
これも物理の手法である。

高校生はまだ物理の入門者である。

この回答へのお礼

なんか、少し視野を広げることができました。ありがとうございました。

お礼日時：2023/10/15 21:24

No.7 回答者： tsumina 回答日時： 2023/10/15 17:27

おかしな回答とありますが、何もおかしくありません。

物理とは状況のモデル化ですから、いたって普通の話です。

「外力は加えず静止状態から初速度を与える」

とは、そうなった背景は無視して、その状態からあとの現象を考えなさい、と言っているだけの話です。対象とししてる現象の本質をあつかうのに、状況に対して、初期値や制約や省略を加えるのは、物理の基本手法です。

この回答へのお礼

ありがとうございます。物理が理想的な状況に近似してモデル化したものだということはわかっています。指示された通りに解けばいいだけなのも理解していますが、実際には可能なのかな？と疑問に思ったので、質問した次第です。

お礼日時：2023/10/15 21:23

No.6 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/10/15 16:37

No.3です。

> 「仮に～とすると」とか表現に気をつけてもらえたら
設問に「仮に」はあり得ず、条件は絶対的でないといけません。
仮の解答なんてありえません。

この回答へのお礼

うーん。やっぱり表現が難しいですね。「仮に」がダメなら「無理やりこういう風に考えよ」ってハッキリ書いてもらった方がいいような。これだと過保護になるのかな。

お礼日時：2023/10/15 21:20

No.5 回答者： stomachman 回答日時： 2023/10/15 16:18

No.2へのコメントについて。

多分、箱Qに対して左向きにv0の速さで動いているPをQに静かに載せた、的な状況が言いたいのではないかと思う。だとすれば、まずは「静止状態から」が余計なのだろう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。解くにはPとQの相対運動でいけそうなので、Qに対するPの初速度の大きさがv0、というところからでもいい気がしますね。

お礼日時：2023/10/15 21:18

No.4 回答者： finalbento 回答日時： 2023/10/15 16:02

現実に行う事はもちろん不可能です。

なので恐らく「ある時刻になった瞬間に右向きの速度v0で動き出す」と言った状況を考えているのでしょう。「力を加える」と書くと必ず加速運動をしている時間が生じてしまうので、実際の事が気になるなら「撃力のようなものを加えるので加速運動している時間は無視できる」とでも考えておけばいいと思います。高校の力学で扱うものはどうせ理想化された状態であって現実に再現するのは不可能なものばかりですから「現実にできるのか」はあまり気にしなくていいと思います。

この回答へのお礼

そうですね。近似計算とかたくさん出てきますもんね。現実には不可能だということがわかったので、とりあえずOKです。ありがとうございました。

お礼日時：2023/10/15 16:13

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2023/10/15 14:24

上のほうでは、

「外力Fを…加えて運動させる」
と言っているので、
「外力を加えずに、…初速v0を与える」
と言う文章は、国語的にも物理的にも、明らかにおかしいです。

「その位置での速度(初速度)がv0であった時」
と言う表現が正しいでしょう。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。確かに「その位置での速度(初速度)がv0であった時」だったら、ヘンに考えすぎることもないかもしれないです。出題側の人もわかってるんだから、「仮に～とすると」とか表現に気をつけてもらえたらいいのにと思いました。

お礼日時：2023/10/15 16:11