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高校発展Chapter 28

放物運動

水平と垂直を別々に考えるだけ。水平は等速、垂直は自由落下。それを組み合わせる。

#放物運動#投射#等加速度#水平投射#斜方投射

つまり「水平と垂直を切り離して考える」

方向運動加速度
水平(x)等速直線運動0
鉛直(y)等加速度運動g = 9.8 m/s²(下向き)

この2つを独立に計算して、最後に合わせる。


水平投射

x=v0t,y=12gt2x = v_0 t, \quad y = \frac{1}{2}gt^2

問1 高さ20mの台から水平に10m/sで投げた。飛距離は?

落下時間:20=12×10×t2t=2.020 = \frac{1}{2} \times 10 \times t^2 \Rightarrow t = 2.0 s

水平距離:x=10×2.0=20mx = 10 \times 2.0 = \boxed{20 \, \text{m}}


斜方投射

v0x=v0cosθ,v0y=v0sinθv_{0x} = v_0\cos\theta, \quad v_{0y} = v_0\sin\theta

最高点の高さ:

H=(v0sinθ)22gH = \frac{(v_0\sin\theta)^2}{2g}

水平到達距離:

R=v02sin2θgR = \frac{v_0^2\sin 2\theta}{g}

θ = 45°のとき最大飛距離。


💡豆知識

野球のピッチャーが投げた球が重力で落ちる距離を計算できる。150 km/h(約41.7 m/s)の速球がホーム(約18 m)に届くまでの時間は約0.43秒。この間、重力で落下する距離は ½×9.8×0.43² ≈ 0.91 m。だからバッターはボールが少し下に来るのを見越してバットを振る必要がある。

よく間違えるところ

斜方投射の「水平到達距離が最大になる角度は45°」は「空気抵抗がない場合」の話。実際の野球・砲弾・砲丸投げでは空気抵抗があるため、最適角度は45°より小さくなる(約30〜40°)。

重要ポイント

まとめ

  • 水平:等速(力なし)
  • 鉛直:等加速度(重力のみ)
  • 最高点:vy = 0
  • 45°で飛距離最大(空気抵抗なしの場合)

まとめ

  • 水平:等速(力なし)
  • 鉛直:等加速度(重力のみ)
  • 最高点:vy = 0
  • 45°で飛距離最大

// quiz

確認問題

Q1.放物運動で水平方向の運動はどれか?

Q2.最高点での鉛直方向の速度は?

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