高校物理問題：加速度‐2.0m/s²の物体の速度と位置の計算方法

この問題では、x軸上を運動する物体が与えられた加速度で運動し、速度が0m/sになる時間と再び元の位置A点を通過する際の速度を求めます。物理の基礎的な運動方程式を使って解くことができます。

問題の設定

物体はt=0sでx=20mのA点を通過し、速度5.0m/sで進みます。その後、一定の加速度-2.0m/s²で運動を続けます。このとき、物体が速度0m/sになる時間と、再びA点を通過する際の速度を求めます。

物体の運動は加速度が一定であるため、運動方程式を用いて求めます。まず、運動方程式v = v₀ + atを使用します。ここで、vは最終速度、v₀は初速度、aは加速度、tは時間です。

与えられた値を代入すると、v₀ = 5.0m/s、a = -2.0m/s²、v = 0m/sとなります。これを式に代入すると。

0 = 5.0 + (-2.0)t

これを解くと、t = 2.5秒となります。つまり、物体が速度0m/sになる時間は2.5秒です。

物体が再びA点（x = 20m）を通過する際の速度を求めるためには、運動方程式を用いて位置を求めます。位置を求めるためには、x = x₀ + v₀t + ½at²の式を使います。

x₀ = 20m、v₀ = 5.0m/s、a = -2.0m/s²、t = 2.5秒で位置を計算します。これを代入すると。

x = 20 + (5.0)(2.5) + ½(-2.0)(2.5)²

計算すると、x = 20mとなり、物体は再びA点を通過します。

その際の速度は、運動方程式v = v₀ + atを使って計算できます。再度、v₀ = 5.0m/s、a = -2.0m/s²、t = 5.0秒で速度を計算します。

v = 5.0 + (-2.0)(5.0) = -5.0m/s

したがって、物体が再びA点を通過する際の速度は-5.0m/sとなります。

この問題では、運動方程式を使用して速度と位置を計算することが求められました。物体の速度が0m/sになる時間は2.5秒であり、再びA点を通過する際の速度は-5.0m/sです。加速度が一定の運動では、基本的な運動方程式を適用することで簡単に解ける問題です。