物理の問題でどうしても考え方が分かりません。
アドバイスお願いします。
水平な道路上を、時速36kmで走っている自動車の運転者が前方に子供を発見し、急ブレーキをかけたら車輪がスリップしながら止まった。発見してから、急ブレーキがかかるまでに0.50秒かかり、車輪と道路との間の動摩擦係数を0.50とする。
(1)ブレーキがかかっているときの、自動車の加速度は何m/s^2か(進む向きを正)。
答え:-4.9m/s^2
私の途中までの計算はこちでらです↓
36km/時 → 10m/秒
これをV=Vo+at [V=速度、Vo=初速度、a=加速度、t=時間]
に代入すると、
0=10+0.50a
a=-20
となりました。
(2)運転者が子供を発見してから、自転車が止まるまでの時間は何秒か。また、その間に進んだ距離は何mか。
答え:2.5 s 、15m
これは、(1)の答えを使って下の公式に代入してみました。
x=Vot+2/1at^2 [x=変位、その他は上と同じ]
x=10×0.50+2/1×4.9×(0.50)^2
x=5.61
という結果になりました。
また秒数については全く解き方が分かりません。
(3)時速72kmで走っていた場合に、急ブレーキをかけてから車輪がスリップしながら止まるまでに進む距離は、時速36kmのときに比べて何倍になるか。
答え:4倍
72km/時 → 20m/秒
だったので、2倍かと思いました。
どの問題も、一体どこが間違っているのか、どのように解けばいいのか分からず困っています。
示されてる動摩擦係数の使い方も分かりません。
どなたか教えてください。お願い致します。
No.2ベストアンサー
- 回答日時:
(1)
この問題の場合の動摩擦係数は、タイヤがブレーキで止まった時に
「車が止まろうとする力」と「垂直抗力」の比率です。
車の質量をmとすると、垂直抗力はmgとなり、これに0.5を掛けて
0.5mgが「車を止まろうとする力」です。進行方向が正なので-0.5mgですね。
質量mの物体に、-0.5mgの外力を与えたと考えれば、答えは-0.5gと出てきます。
(2)初速36km/h・加速度-0.5gの場合の、速度がゼロになる時間を求める
これこそ質問文中の公式で一発です。有効数字を無視すれば
0=10 + t×(-0.5g)ですので、t=2.0408163(秒)
これに、発見してからブレーキが利き始めるまでの空走時間(0.5秒)を足すのです。
で、その間に進む距離は、2つみ分けて考えます。
空走距離は、単純に0.5秒で5mですね。
制動距離は、公式通り10.204082mです。これらを足したものが答えです。
※この制動距離を(3)でも使います。
(3)これも上と同じです。
72km/hの場合の制動時間は、倍の4.08秒(20÷4.9)です。
この間に進む距離は、40.8mです(計算してみてください。)
問いは空走距離を含んだ距離ではなく、純粋な制動距離ですので
4倍になります。
早速のご回答、とても助かりました。
一問一問丁寧に解説して下さってありがとうございます。
とても分かりやすかったです。
本当にありがとうございました!
No.3
- 回答日時:
1: 0=10+0.50a これはまずいです。
気がついてからブレーキをかける間の0.5秒間は36km/hですすんでいます。 ブレーキをかけてから後の加速度(減速度)を求めないといけません。そのためには摩擦係数を使います。
μ=f/mg f=ma より、
a=f/m=μg=0.5*9.8=4.9(答え 逆向きでマイナス必要)
2: ブレーキをかけてから止まるまでの時間は 10/4.9=2秒。 (v=at から)
ブレーキをかけるまでに0.5秒。 計2.5秒(答え)
進んだ距離は
まずブレーキをかけるまで 10*0.5=5m
ブレーキをかけた後は (1/2)4.9*2^2=9.8m
合計14.9m(15m)
3: 加速度は同じです(摩擦係数同じだから)
>>72km/時 → 20m/秒
だったので、2倍かと思いました。
速さは2倍ですが、止まるまでの時間も2倍です。 ですから距離は4倍。
公式は v^2=2ax
これでvが2倍なのでxは4倍になるということです。
----発見!------------ブレーキ----------止まった
10m/s 加速度-4.9
早速のご回答、とても助かりました…!
式なども含めて、詳しく説明して下さって分かりやすかったです。
図もすごく分かりやすいです!
本当にありがとうございました。
No.1
- 回答日時:
(1)
「止まっているとき」ではなく、「ブレーキのかかっている最中」
なので、基本的に考え方が間違っていますね。
V=0だと止まってしまっています。
まず、摩擦による力というのには公式があり、
垂直抗力×摩擦係数 と決まっています。
垂直抗力はこの場合、車の質量をm、重力加速度を9.8とすると、
N=mg
となります。(これもほぼ公式です)
よって摩擦力は 0.5×N=0.5mg
加速度をaとすると
F=ma なので a=0.5g
より0.5×9.8=4.9 となります。
摩擦力は進む方向と反対に働くので、マイナスがつきます。
このあたりは、考え方というより、公式を知っているかどうかということが重要です。
一度基本的な力学の本などを読んでみることをオススメします。
早速のご回答、とても助かりました。
なるほど…そのように考えるのですね!
公式の知識がかなり浅いことに気づいたので、一度参考書などを見てみたいと思います。
本当にありがとうございました。
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