基本問題11 加速度

位置と時刻のデータから加速度を求める

直感的理解
x-t グラフが放物線なら等加速度運動。各区間の平均速度を中間時刻にプロットすると v-t グラフが得られ、その傾きが加速度です。直線になれば加速度一定(等加速度)と確認できます。

データ表:

$t$ [s]00.200.400.600.80
$x$ [m]00.060.240.540.96

(1) 各区間の平均の速度:

各区間の平均の速度 $\bar{v} = \dfrac{\Delta x}{\Delta t}$ を計算します($\Delta t = 0.20$ s)。

$$\bar{v}_{01} = \frac{0.06 - 0}{0.20} = 0.30 \text{ m/s}, \quad \bar{v}_{12} = \frac{0.24 - 0.06}{0.20} = 0.90 \text{ m/s}$$ $$\bar{v}_{23} = \frac{0.54 - 0.24}{0.20} = 1.50 \text{ m/s}, \quad \bar{v}_{34} = \frac{0.96 - 0.54}{0.20} = 2.10 \text{ m/s}$$

等間隔で速度が $0.60$ m/s ずつ増加 → 等加速度運動。

(2) v-t グラフの傾きから加速度:

中央時刻 $(0.10,\;0.30)$ と $(0.70,\;2.10)$ の2点から傾きを求めます。

$$a = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{2.10 - 0.30}{0.70 - 0.10} = \frac{1.80}{0.60} = 3.0 \text{ m/s}^2$$
答え:
(1) 各区間の平均速度は 0.30, 0.90, 1.50, 2.10 m/s
(2) 加速度 $a = 3.0$ m/s²(等加速度運動)
Point

等加速度の判定:等時間間隔の平均速度が等差数列(一定の差)なら等加速度運動。v-t グラフが直線になることで確認できる。

💡 補足:次元解析による検算

計算結果の単位が正しいか確認する習慣をつけましょう。速度なら [m/s]、加速度なら [m/s²] になるはずです。数式の両辺で単位が一致するか(次元解析)を確認すると、立式ミスを防げます。