【高校物理】放物運動の解き方は１つだけ！徹底解説！

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どうも！大手予備校で物理を教えているフィズ丸です！

最初の物理の分野で放物運動でイメージできなくて物理が苦手になる

は物理初心者アルアルです！

放物軌道自体はイメージできるけど、問題を解くときになると急に手が止まるんですよね～。

なぜでしょうか？

私が１０年以上物理を教えてきて、様々な生徒が質問にくる中で放物運動の問題で解けない理由は３点しかないことがわかりました！

放物運動の問題が解けない理由

放物運動の解法がわかっていない。
問題を解くときの運動のイメージがわかっていない。
問題演習量が足りていない。

の３点が挙げられます。

むしろこの３点の解決方法がわかれば放物運動はできるようになります！

なので、この記事ではこの３点について詳しく説明し、放物運動の問題を解けるようにしていきましょう！

ちなみに、物理をしっかりと理解するにはやはりプロに教えてもらうのは１番なので、プロ家庭教師を選べるサイトも紹介しておきますね!(^^)!

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Contents [hide]

1 【物理】放物運動の解き方は１つだけ！徹底解説！
2 まとめ

【物理】放物運動の解き方は１つだけ！徹底解説！

では早速見ていきましょう！

①解法：鉛直方向と水平方向にわけて考える

まず①の解法ですが、これは放物運動の解法はこれ１択になります。

放物運動の解法はこの１つで決定！！

⇒　鉛直方向と水平方向に運動を分解して考える。

この鉛直方向と水平方向に運動を分解して解く！ということを徹底していきましょう！

放物運動は上図のように山なりに運動するので、その運動を

鉛直方向（ $y$ 軸方向）
水平方向（ $x$ 軸方向）

に分けて一定の時間間隔の $x$ 軸上と $y$ 軸上の影を見てみます。

そうすると、上図のように $x$ 軸は等間隔の影が、 $y$ 軸上は等間隔にならない影が現れます。

$x$ 方向が等間隔になるのは、 $x$ 方向は加速度０なため、等加速度で運動するからです！

$y$ 方向が等間隔にならないのは、 $y$ 方向には重力加速度があるからなんですね！

《鉛直方向（ $y$ 軸方向）》

初速度 $v_{0} \sin θ$ 、加速度 $- g$ の等加速度直線運動

《水平方向（ $x$ 軸方向）》

速さ $v_{0} \cos θ$ の等速直線運動

となることがわかりますね！

ただ、これがなかなか習得できないようで、解法はわかっていても解けない人が大勢います。

それが次の②注意点になるので、どんどん見ていきましょう！

②注意点：鉛直方向を考えているときは水平方向は無視する。水平方向を考えているときは鉛直方向は無視する。

『①解法』で話したことを理解したら放物運動の問題が解けるかと言ったら、実際そうじゃない生徒はかなり多いです。

それはなぜかというと、鉛直方向（ $y$ 軸方向）を考えなくてはならないのに、なぜか水平方向（ $x$ 軸方向）に動いていることを考えてしまっているからなんです！

またそういう生徒は、水平方向（ $x$ 軸方向）を考えなくてはならないときに、鉛直方向（ $y$ 軸方向）の運動も考えてしまっているんです。

これを解決するには、

《解決方法》

鉛直方向に着目しているときは、水平方向は無視した図を描く

水平方向に着目しているときは、鉛直方向は無視した図を描く

ということです。

物理で図示をすることはかなり重要で、図を描くことでそういうミスも解決できるようになります。

具体的には、『①解決方法』の放物軌道の図において、原点Oを飛び出して最高点に達するまでの時間 $t_{A}$ と、最高点の座標 $(x_{A}, y_{A})$ を求めてみる。

まず、t_{\mathrm{ A }}とy_{\mathrm{ A }}を求めるために、鉛直方向に着目してみると、下図のようになります。

どうですか？この図には水平方向の成分は完全に無視されていますよね？？

この図から $t_{A}$ を求めるためには、等加速度直線運動の公式 $v = v_{0} + a t$ を用いて $0 = v_{0} \sin θ - g t_{A}$ この式から $t_{A} = \frac{v_{0} \sin θ}{g}$ となります。

また、 $y$ 座標 $y_{A}$ は、等加速度直線運動の公式 $v^{2} - v_{0}^{2} = 2 a x$ を用いて、 $0 - (v_{0} \sin θ)^{2} = - 2 g y_{A}$ となるので、この式を変形して $y_{A} = \frac{(v_{0} \sin θ)^{2}}{2 g}$ となる。