qG7F8

図1のように、地面からの高さ h [m] の所で小石を速さ 9.8 m/s で水平方向に投げたところ、小石は t [s] 後に地面に 45° の角度で落下した。落下に要する時間 t 、高さ h はおよそいくらか。ただし、重力加速度の大きさを 9.8 m/s2 とし、空気による抵抗を無視する。

図 1

#センター00本試

水平投射において、速度の水平成分はずっと一緒です。つまり地面に衝突するときの速度の水平成分は 9.8 m/s のままです。

衝突したときの角度が 45° ということは、速度の水平成分と鉛直成分が同じ、ということです。つまり速度の鉛直成分も 9.8 m/s です。

水平投射における速度の鉛直成分の式( vy = gt )を立てますと、

    9.8 = 9.8×t

であり、t = 1 と求まります。

そして、水平投射における鉛直成分の位置の式( y = \(\large{\frac{1}{2}}\)gt2 )を立てますと、

    h = \(\large{\frac{1}{2}}\)×9.8×12

     = 4.9

であり、h ≒ 5 と求まります。

 

(余談)
水平成分は 9.8 m/s ですから 1秒間に 9.8 m 進みます。1秒後に地面に衝突するとき、縦横比がちょうど 1:2 になります。