qI7H9

水平面と角度 θ をなす、あらい斜面に沿って、質量 m の物体がすべり下りている。斜面と物体の間の動摩擦係数を μ' 、重力加速度の大きさを g とする。

(問1)物体にはたらく垂直抗力の大きさ N はいくらか。

(問2)物体の加速度として正しいものを、次の①~⑥のうちから一つ選べ。ただし、斜面に沿って下向きを加速度の正の向きとする。

① gsinθ  ② gsinθ + \(\large{\frac{μ'N}{m}}\)  ③ gsinθ - \(\large{\frac{μ'N}{m}}\)  ④ gcosθ  ⑤ gcosθ + \(\large{\frac{μ'N}{m}}\)  ⑥ gcosθ - \(\large{\frac{μ'N}{m}}\)  

#センター16追試物理基礎

(問1)
物体には重力mg掛かり

それを【斜面方向】と【斜面に垂直な方向】に分解しますと、mgsinθmgcosθ となり、

物体は【斜面に垂直な方向】には動かないから、これは【斜面に垂直な方向】にはたらく力がつり合っているということであり、

   N = mgcosθ

です。

 

 

(問2)
物体が動く方向は斜面方向であり、その方向の力は mgsinθ と摩擦力(動摩擦力)の2つです。

摩擦力(動摩擦力)というのは垂直抗力に摩擦係数(動摩擦係数)を掛けたものだから、

  N × μ'

です。

(正負に気をつけて)2つの力を合わせますと、

    mgsinθ - μ'N

であり、求める加速度を a と置いて斜面方向の運動方程式ma = F)を立てますと、

    ma = mgsinθ - μ'N

 ∴  a = gsinθ - \(\large{\frac{μ'N}{m}}\)

答えはです。

 

 

(別表現)
N を用いないで表現しますと(上式に N = mgcosθ を代入して)、

    a = gsinθ - μ'gcosθ = g(sinθ - μ'cosθ)

となります。

 

(頻出)
この問題は頻出です。高校の定期テストでも大学入試でもよく出題されます。しっかり覚えましょう。