相対速度とは?相対速度の計算問題を解いてみよう【船、雨、0となるときみかけの速度】

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相対速度とは?相対速度の計算問題を解いてみよう【船、雨、0となるときみかけの速度】

 

物理における力学の分野ではよく、相対速度を求める問題が出てくることがあります。その例題として、流れがある川での船が対岸に渡る速度や、2問題を物体の相対速度の変化をよく見かけます。そのため、きちんと相対速度を解けるようにしておくといいです。

 

ここでは、相対速度とは何か、相対速度の求め型について解説していきます。

 

・相対速度とは何か、相対速度が0とはどのような状態か

 

・相対速度の計算問題を解いてみよう【船の移動速度】

 

・相対速度の計算問題を解いてみよう【雨と電車の相対速度】

 

というテーマで解説していきます。

 

 

相対速度と絶対速度とは何か相対速度が0とはどのような状態か

 

絶対速度とは、ある物体に着目した場合のその物体自体の速さを表しています。(厳密な意味での絶対速度、相対速度とは相対性理論に基づくものであり、ここでは解説していません。)

 

一方で相対速度とは、物体Aと物体Bがあり、両方ともが移動しているときの一方からみたも言う一方の速度のことを表します。みかけの速度ともいえます。

 

 

高校物理における相対速度の問題であれば、基本的にx方向、y方向の相対速度を考えて、答えるケースが多いです。方向がいくつかあるために、角度やベクトルを考慮して、相対速度を解いていくのです。

 

なお、相対速度が0という状態は、真横に並んで同じ速度、同じ向きで動いている2物体を考えたときに、まったく動いている状態にみえないものを指します

 

 

私たちの生活では、電車に乗っていた際に、近くの線路にもう一つ電車があり、全然進んでいるように見えない現象などを指します。

 

それでは、相対速度に関する理解を深めるためにも、頻出の船や雨に関する相対速度を求める問題をといてみましょう。

 

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相対速度の計算問題を解いてみよう【船の移動速度】

 

それでは、川の流れがある場合の船の移動速度(相対速度)を求めていきましょう。

 

例題

 

川の幅が60mある川において、下図のような5m/sの川の流れがあります。ここで、船が川の流れと角度90度の方向に、速度が13m/sで進行しているとき、何秒後に川岸に到着するのでしょうか。

 

解答

 

ベクトルと角度の考え方を用いて、相対速度を計算していきます。

 

川の流れがあるために、船は若干斜めにすすむこととなります。ここで、斜め方向の13m/sであり、川の流れ方向の5m/sであるため、川と垂直方向には三平方の定理でその大きさを求めることができます。

 

 

具体的には、ルート(13^2 – 5^2)=12m/sとなります。

 

よって、60 / 12 =5秒後に対岸に名どりつくこととなります。単純に、60/13と計算しないように心がけましょう。

 

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相対速度の計算問題を解いてみよう【雨と電車の相対速度】

 

それでは、雨の降下速度と電車の移動速度を考慮する相対速度を計算してみましょう。

 

例題

 

ある日の雨の降る速さが5m/sであり、電車内に乗車している人から見ると、鉛直方向に対して45度の角度となっていたとします。

 

このときの、電車の速さ(相対速度)を求めましょう。

 

解答

 

間の角度から計算するといいです。

 

具体的には、角度45度であるため、雨の速さと一致するために、すぐに電車の速さも5m/sと計算することができました。

 

 

相対速度の計算は、一つ一つ丁寧に考えていけば必ず解けますので、きちんと理解していきましょう。

 

 

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