放物線運動と式を理解する

投げられたボールに気づいたことがありますか?軌道はどうですか?投げられたボールは、重力に引き寄せられて倒れる前に、一定の高さに達します。このボールが経験する運動は放物線運動と呼ばれます。今回は、この動きについて、使用する式とともに説明します。

放物線運動

これは放物線軌道をたどる動きです。放物線運動は、水平運動(X軸)と垂直運動(Y軸)の組み合わせです。放物線の動きが発生すると、空気からの抵抗がないと想定されるため、すべての物体が同じ加速度で落下します。

さて、例でこの動きを見てみましょう。

水平方向の初速度がUx、初期の垂直方向の速度がUy = 0のタワーからボールが投げられます。水平方向の加速度がないため、水平方向の速度成分は一定です。一方、垂直方向の速度の成分は、重力による加速度(9.8 ms-2)と同じ加速度を経験します。

ボールが空中にある時間の長さは、ボールの垂直方向の動きによって異なります。一方、ボールの速度の大きさと方向は時間の経過とともに変化します。ボールの速度は次のように定式化できます。

V =√Vx²+Vy²

vy =垂直方向のボールの速度の成分

vバツ =水平方向の速度成分(一定)

放物線内のオブジェクトの速度の方向

移動中のオブジェクトの速度の方向は、次の式で決定できます。

tanθ= vy / vバツ

最大高度

最大高さは、放物線を移動するときにオブジェクトが到達できる最高点です。オブジェクトが最大の高さに達すると、Y軸方向の速度成分はゼロになります(vy = 0)。

Tymaks =(Vosinθ)/ g

上記の式を前のY軸方向の位置式に代入することにより、オブジェクトが到達できる最大の高さは次のように定式化できます。

Tymaks =(Vosinθ)/ g

最大リーチ

最大リーチ(xmax)は、放物線を移動するときにオブジェクトが到達または到達できる最も遠い水平距離です。オブジェクトが最大リーチに達すると、オブジェクトの高さはy = 0になります。

オブジェクトが最大リーチに到達するのにかかる時間(txmax)は、オブジェクトが最大高さに到達するのにかかる時間の2倍です。または、次のように定義できます。

Txmaks =(2Vosinθ):g

上記の式を前のX軸方向の位置式に代入することにより、オブジェクトが到達できる最大範囲は次のように定式化できます。

Xmax =(Vo²sin2θ):g

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