物理の問題です。

質問

この問題の途中式を教えてください。

回答No.1

gohtraw · ベストアンサー

（１）
斜面に平行な方向の力を考えます。
・物体に働く重力の、斜面に平行な成分
・静止摩擦力
の大小を考えればいいのですが、静止摩擦力は垂直抗力に静止摩擦係数を掛けたものであり、垂直抗力は物体に働く重力の、斜面に垂直な成分とひとしくなります。

（２）
上記の二つの力、およびＦが釣り合っているときを考えます。

（３）
（２）の場合は物体が滑り落ちることを考えていたので、摩擦力は斜面の上方に向かって働きましたが、物体を上に持ち上げる場合は摩擦力の向きを逆にして（２）で出てきた三つの力の釣り合いを考えます。

（４）もし摩擦がなかったとしたら、斜面に沿って１ｍ滑り落ちたときの運動エネルギーをＥとします。物体が斜面に沿って１ｍ滑り落ちると、物体の高さは０．５ｍ低くなり、それによる位置エネルギーの減少分が運動エネルギーに変わっているので、
Ｅ＝ｍｇｈ
にｍ＝１０ｋｇ、ｇ＝９．８ｍ／ｓｅｃ＾２、ｈ＝０．５ｍを代入すればＥが出ます。実際には物体の速度は１．４ｍ／ｓｅｃであり、その運動エネルギーＥ’は
Ｅ’＝ｍｖ＾２／２
にｍ＝１０ｋｇ、ｖ＝１．４ｍ／ｓｅｃを代入すれば求められます。ＥとＥ’の差（Ｅ’－Ｅ）が摩擦力による仕事になるのですが、摩擦力と物体の運動の方向が逆なので、Ｗは負の値をとることになります。

（５）
仕事は力と距離の積で与えられます。（４）で求めたＷは摩擦力と物体の移動距離の積なので、
Ｗを移動距離で割ってやれば摩擦力が出ます。前問よりＷは負の値をとるので摩擦力も負ですが、これも摩擦力と物体の運動の方向が逆であることに起因します。問題が求めているのは摩擦力の「大きさ」なので、マイナスを取った値で答えれば宜しいかと。