保存力(重力)のみがはたらき、垂直抗力は仕事をしないので力学的エネルギー保存則が成り立ちます。
点 A(高さ \(h\)、静止)と点 B(最下点、速さ \(v\))で式を立てます。B を基準面にとると、
$$\frac{1}{2}m \times 0^2 + mgh = \frac{1}{2}mv^2 + 0$$ $$mgh = \frac{1}{2}mv^2$$\(m\) で割って \(v\) について解くと、
$$v = \sqrt{2gh}$$\(h = 2.5\,\text{m}\)、\(g = 9.8\,\text{m/s}^2\) を代入して、
$$v = \sqrt{2 \times 9.8 \times 2.5} = \sqrt{49} = 7.0\,\text{m/s}$$直線的に落ちても、曲面を滑っても、結果は同じ \(v = \sqrt{2gh}\) です。垂直抗力は常に移動方向に垂直(仕事をしない)なので、エネルギー変換に影響しません。
これは自由落下の \(v = \sqrt{2gh}\) と全く同じ結果です。力学的エネルギー保存則は、複雑な経路でも高さの差だけで速さが決まることを保証します。
数値計算:2 × 9.8 = 19.6
数値計算:2 × 9.8 = 19.6
なめらかな面上では、経路の形によらず高さの差だけで速さが決まります。\(v = \sqrt{2gh}\) は自由落下と同じ結果です。これが力学的エネルギー保存則の威力です。