センター2015物理第1問 問3「単振動・慣性力・最大摩擦力」
物理が苦手な文子
「単振動」ってちょっと苦手。しかも「慣性力」まで出てきて、ちょっと嫌な感じ。
物理が苦手な文子
読んではみたけど、やっぱりピンと来ない。
物理が得意な秀樹 先に「慣性力」から考えるね。簡単に言うと、「加速している人から見ると、その加速度と逆向きにの力がはたらいているように見える」。この力を「慣性力」って言うんだ。
物理が苦手な文子
この図の赤い矢印が「慣性力」なのね。図があると少し分かりやすい。
物理が得意な秀樹 「慣性力」では観測者の加速度が大切だったので、「単振動」の慣性力を考えてみるよ。どんな式で表されるか、覚えているかな。
物理が苦手な文子
「単振動」のページに書いてあったわね。
物理が得意な秀樹 そうだね。じゃあこの式を見て、加速度の大きさの最大値が分かるかな?
物理が苦手な文子
「大きさ」だから符号は関係ないわね。加速度aはsinの関数になっていて、sinの最大値は1だから、
の大きさの最大値は
かな。


物理が得意な秀樹 すばらしい!数学は得意なんだね。
物理が苦手な文子
このくらいはね。
物理が得意な秀樹 それじゃあいよいよ問題で問われている、「慣性力の大きさの最大値」はどうなるかな。
物理が苦手な文子
さっきの説明の通り、慣性力の大きさは
なんだから、
だよね。


物理が得意な秀樹 その通り!ということは、選択肢でいうと?
物理が苦手な文子
⑦か⑧ね。
物理が得意な秀樹
じゃあ、後半の摩擦力の問題を考えよう。まずは台に乗った観測者から見た力の矢印を描いてみよう。
物理が苦手な文子
さっきの慣性力の他に、重力と垂直抗力があるのね。ただこれだと右向きの力がないと物体は動きそう。
物理が得意な秀樹
そうだね。だから摩擦力がはたらいているんだ。摩擦力の問題で、「〜を超えたときに〜は滑り始める」と書いてあったら、
物理が苦手な文子
それは知ってる!「最大摩擦力」ね。
物理が得意な秀樹 当たり!一応この「物体が動き出す直前の摩擦力は次のどれか」のページを読んでみてね。
物理が苦手な文子
最大摩擦力
ね。

物理が得意な秀樹 そうだね。最大摩擦力の式に出てくる係数は「静止摩擦係数」だということを、間違えないでね。
物理が苦手な文子
なんかややこしいけど、分かった!
物理が得意な秀樹 ここまでくれば、だいたい答えはわかったと思うけど、一応、正の向きを決めます。
物理が苦手な文子
それでどうするの?
物理が得意な秀樹 y方向(鉛直上向き正)について、力の釣り合いを考えると、だね。
物理が苦手な文子
ということは、
となるので、最大摩擦力は
になるのね。


物理が得意な秀樹
その通りだね。なので、答えは⑦になるんだ。