基本問題67 運動方程式

なめらかな水平面上での運動方程式

直感的理解
なめらかな面では摩擦がゼロ。水平方向には加えた力 $F$ だけがはたらくので、運動方程式は $ma = F$ とシンプルになる。鉛直方向は垂直抗力と重力がつり合う。

与えられた条件:質量 $m = 1.5$ kg、加速度 $a = 4.0$ m/s$^2$、なめらかな水平面(摩擦なし)。

水平方向の運動方程式:なめらかな面では摩擦力がゼロなので、水平方向の合力は $F$ のみです。

$$ma = F$$

数値を代入:

$$F = ma = 1.5 \times 4.0 = 6.0 \text{ N}$$

鉛直方向:$N - mg = 0$ より $N = mg = 1.5 \times 9.8 = 14.7$ N(つり合い)

答え:
$$F = 6.0 \text{ N}$$
補足:力の見落とし防止チェックリスト

力を列挙する際は、①重力 ②垂直抗力 ③張力 ④摩擦力 ⑤弾性力 の順に確認し、接触力と遠隔力を分けて図示すると見落としを防げます。

Point

「なめらか」= 摩擦なし:問題文に「なめらか」とあれば摩擦力は無視する。水平面上では水平方向の力だけが加速度を生み出す。