物理基礎:水平投射

<ポイント>
・物体をある高さから「水平方向に初速を与えて」、弧を描くように落下する運動を水平投射という
・水平投射における運動は水平方向(x方向)と鉛直方向(y方向)に分けて考える
水平方向には等速直線運動鉛直方向には自由落下と同じ運動になる
(1)水平投射
物体をある高さから「水平方向に初速を与えて」、弧を描くように落下する運動を水平投射といいます。
投げ出された物体は、弧を描くように「ななめ下方向」に落下していくため、複雑な運動に感じられますが、水平方向(x方向)と鉛直方向(y方向)に分けて考えることで解決します。

(2)水平方向(x方向)
水平方向の運動に着目すると、等速直線運動をしています。
投げ出されたときに力がかかる以外は、(水平方向には)力がかからないためです。
したがって、水平方向の速度 vx常に v0 のままなのです。
vx = v0…①と覚えましょう。

そのため、水平方向の座標 x = v0t …②となります。

(3)鉛直方向(y方向)
鉛直方向の運動に着目すると、自由落下(運動)をしています。
投げ出されたときに下向きの力がかかっていない(初速を持たない)ためです。

したがって、
vy = gt …③
y = (1/2)gt2 …④
vy2= 2gy …⑤
(自由落下運動の公式)

<補足>
上記の公式の②と④から、t を消去することで、
y = { g / (2v02)}・x2
という式が導けます。

t が分からないときに使える公式ですので、覚えておくと便利です。

<まとめ>
・物体をある高さから「水平方向に初速を与えて」、弧を描くように落下する運動を水平投射という
・水平投射における運動は水平方向(x方向)と鉛直方向(y方向)に分けて考える
水平方向には等速直線運動鉛直方向には自由落下と同じ運動になる

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

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