高校物理

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5分で解ける!仕事率に関する問題

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この動画の問題と解説

練習

一緒に解いてみよう

高校物理 運動と力51 練習 全部

解説

これでわかる!
練習の解説授業
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仕事と仕事率を求める問題に挑戦してみましょう。今回の問題は、条件が あらい面上 なので、 摩擦力 を考える必要がありますね。

物体にはたらく力の矢印を描こう

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まずは、図に必要な情報を書き込みましょう。物体の速度をv[m/s]、移動にかかった時間をt[s]、加速度をa[m/s2]として、進行方向を正に設定しましょう。

高校物理 運動と力51 練習 図 赤字の書き込み全てあり

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物体の質量をm[kg]とすると、 下向き重力 mg[N]がはたらきますね。また、物体は床から押し上げる力、 垂直抗力 N[N]を受けます。さらに、物体はあらい面上にあるので、移動方向と逆の左向きに 動摩擦力 がはたらきます。動摩擦力の大きさは 動摩擦係数μ' を使って 一定の値μ'N[N] で表されましたね。

「一定の速さ」より、加速度aは0

高校物理 運動と力51 練習 問題文と(1)と図

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仕事の計算に必要な外力F[N]の値から求めていきましょう。運動する物体にはたらく力Fの値は、 運動方程式F=ma によって求めることができます。進行方向に平行な力は、図より F−μ'N ですね。また問題文に 一定の速さ とあるので、加速度a=0[m2/s]とわかります。

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したがって、
F−μ'N=ma=0
と立式できますね!さらに、物体における上下方向の力のつりあいより、N=mgを代入して、
F=μ'mg
μ'=0.10、m=2.0、g=10を代入すれば、Fの値を求めることができますね。

高校物理 運動と力51 練習 (1)答え 一番左の1~3行目まで

力Fから仕事Wを求めよう

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力F=2.0[N]とわかりました。次に仕事を求めましょう。 仕事W力Fと移動距離sの積 で求めることができました。問題文より、速度v=4.0[m/s]と時間t=5.0[s]が与えられているので、 移動距離s は4.0×5.0で求められますね。後は 仕事の公式W=Fs に従いましょう。

(1)の答え(仕事)
高校物理 運動と力51 練習 (1)真ん中1−3行目
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また 仕事率P は、 力Fと速度vの積 で求めることができましたね。

(1)の答え(仕事率)
高校物理 運動と力51 練習 (1)右側1−3行目

動摩擦力の仕事は方向に注意

高校物理 運動と力51 練習 問題文と(2)と図

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動摩擦力の仕事を求める問題です。 動摩擦力は移動と逆向き でしたね。 力と移動方向が逆向き の場合、 仕事の符号はマイナスになる ことを思い出してください。力と移動方向が逆向き、つまりθ=180°となるので、動摩擦力のする仕事W'は以下のように求められます。

(2)の答え
高校物理 運動と力51 練習 (2)解答全て
仕事率
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