45kgの物体を5m飛ばすには、 どのくらいの力がいるか教えてください。

45kgの物体を5m飛ばすには、
どのくらいの力がいるか教えてください。

No.6 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2016/12/14 20:20

No.3&4です。

#5さんへの「お礼」を見て一言。

＞高さは、1m程度から飛ばします。

それを先に言わなくては困ります。
重力加速度が 9.8 m/s² なので、水平に放り出しても1秒間に 4.9 m 降下します。1 m 落下するのに約 0.45 ですから、0.4 秒程度のうちに水平に 5 m 進まなければならないということですね。

逆算すれば、放り出す速度は
　v = 5 (m) / 0.4 (s) = 12.5 (m/s)
ぐらいが必要です。

(1) これを１秒で加速するには、12.5 m/s² の加速度が必要。
　F = ma で m=45 kg, a= 12.5 m/s² なので　F = 562.5 (N) の力が必要。
　（ 45 kg の物体にかかる重力が F = 45 (kg) * 9.8 (m/s²) = 441 (N) なので、重力の約1.3倍の力）

(2) これを 0.1 秒で加速するには、125 m/s² の加速度が必要。
　F = ma で m=45 kg, a= 125 m/s² なので　F = 5625 (N) の力が必要。
　（ 45 kg の物体にかかる重力が F = 45 (kg) * 9.8 (m/s²) = 441 (N) なので、重力の約13倍の力）

この回答へのお礼

ありがとうございます！
分かりやすい説明ありがとうございます！

お礼日時：2016/12/14 21:21

No.7 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2016/12/14 21:17

No.6 yhr2様の解説で、もう解ったんじゃ無い？

解らなかったら、高校物理レベルだから教科書を勉強。

水平に投げた物体が地面に落ちる時間は、物体の重さや投げ出す速度に関係なく、高さだけに依存する。

高さ[m]=9.8×(落ちるまでの時間t)²/2
高さ1mを代入すれば、t=0.451753951秒

後は、距離を時間で割れば水平方向の速度が解る。
5÷0.451753951=11.07m/sec

続きは、色々な回答を見て自分で計算。

この回答へのお礼

ありがとうございます！
中学生なので、
先生に聞きながら解決したいと思います！

お礼日時：2016/12/14 21:20

No.5 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2016/12/14 18:09

水平方向に投げると言っても、高さによって力が異なる。

100mの高さからなら余り力が要らないは、1mの高さなら思いっきり力を入れないと5mは飛ばない。

条件が不足だが、まあ、身長位の1.5mの高さから水平に投げた、と仮定する。

地面に落ちるまでの時間は重さに関係なくs=9.8t²/2　で計算される
sに1.5mを代入すると、1.5=9.8t²/2
9.8t²=3
t²=0.306122449
t=0.553095

地面に落ちるまでに0.553095秒かかるから、5m進むには、初速度は5m/0.553095秒=9.04003833/秒で投げる。

運動量は速度が0～9.04003833m/秒に変化するから、運動量の変化=(9.04003833m/秒)×45kg=406.8

さらに運動量の変化は力積に等しい、406.8=力×時間

つまり、何秒間物体に力を掛けるかによって力が変わる。
1秒間で投げると仮定すると406.8=力×1

力=406.8ニュートン

1kg重=9.8ニュートンだから
力を計りではかる重さで言うと406.8/9.8=41.5kg

1.5mの高さから水平に１秒間41.5kgの力をかけると5m飛ぶ。
実際には力を掛けている時間は0.5秒くらいしかないから93kg。
力を掛ける時間が0.1秒なら415kgが必要。

この回答へのお礼

物体の大きさが170cm程度で、
飛ばす側の大きさは、150cmです。高さは、1m程度から飛ばします。

お礼日時：2016/12/14 18:24

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2016/12/14 17:32

No.3です。

少し舌足らずでしたが、鉛直方向の運動は対象外として、すべて「水平方向にどれだけ飛ぶか」だけを書いています。
つまり、

「速さ V (m/s) で水平方向に投げれば、Ｔ秒間で水平方向には
　x = V*T (m)
飛びます。」

ということです。念のため。

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2016/12/14 17:28

水平に飛ばすと、重力で落下もします。

ある程度の高さで横に飛ばさないと、５ m も飛ばないうちに地面に落ちます。

ということで、十分に高いビルの屋上から、水平にボールを投げます。
速さ V (m/s) で水平方向に投げれば、Ｔ秒間で
　x = V*T (m)
飛びます。

x=5 (m) にしたければ
　V*T = 5 (m)
にすればよいのです。
T=1 秒 にしたければ（1秒間で５ｍ飛ばす）　V = 5 m/s
T=5 秒 にしたければ（5秒間で５ｍ飛ばす）　V = 1 m/s

物体の質量が 45 kg なら、
（１）V = 5 m/s　まで１秒で加速するなら 5 m/s² の加速度が必要。
　F = ma で m=45 kg, a= 5 m/s² なので　F = 225 (N) の力が必要。
　（ 45 kg の物体にかかる重力が F = 45 (kg) * 9.8 (m/s²) = 441 (N) なので、重力の約半分の力）

（２）V = １ m/s　まで１秒で加速するなら １ m/s² の加速度が必要。
　F = ma で m=45 kg, a= 1 m/s² なので　F = 45 (N) の力が必要。
　（ 45 kg の物体にかかる重力が F = 45 (kg) * 9.8 (m/s²) = 441 (N) なので、重力の1/10程度の力）

（３）V = 5 m/s　まで 0.1 秒で加速するなら 50 m/s² の加速度が必要。
　F = ma で m=45 kg, a= 50 m/s² なので　F = 1800 (N) の力が必要。
　（ 45 kg の物体にかかる重力が F = 45 (kg) * 9.8 (m/s²) = 441 (N) なので、重力の約5倍の力）

以上のように、何秒で 5 m 飛ばすのか、どんな速度で投げ出すか、それをどの程度の時間で加速するかによって、「力」の大きさはまちまちです。
すべて「運動方程式」で求まります。

No.2 回答者： Hoyat_for_goo 回答日時： 2016/12/14 16:51

条件が不足過ぎで答えは出せません。

単純に言っても、水平に飛ばす（水平投射）のと放射状に飛ばす（斜方投射）というだけでも力は違います。
http://www.mech.cst.nihon-u.ac.jp/studies/okano/ …

No.1 回答者： rtrtvvr 回答日時： 2016/12/14 16:46

不思議だね・・・

何処から？　とか　どういった物を使って？・・とか　一切書かれて無い・・

例えば地上から飛ばすのと　高層ビルの屋上から飛ばすのと　飛行機で空中から飛ばすのとでは　全く力量は違う・・

この回答へのお礼

すみません。
物は使わずに、人間の腕の力だけ使って飛ばします。
地上と水平に飛ばします。

お礼日時：2016/12/14 16:53