物体の加速度を求める方法: 摩擦力を考慮した力学の問題解説

高校物理の問題で、質量5.0kgの物体に対して水平に20Nの力が加わるとき、その物体の加速度を求める方法を解説します。動摩擦係数が0.20である状況下で、摩擦力も加わるため、加速度の計算には注意が必要です。

問題の確認と必要な情報

この問題では、物体に働く力を2つに分けて考えます。1つは物体を引っ張る力20N、もう1つは動摩擦力です。動摩擦力は摩擦係数（μ）と物体の重力に基づいて計算されます。

まず、物体の質量mは5.0kg、動摩擦係数μは0.20、引っ張る力Fは20Nです。また、地球の重力加速度gは9.8m/s²とします。

摩擦力Ffは次の式で計算できます：
Ff = μ × N

ここで、Nは物体の垂直方向の重力、つまりN = m × gです。よって、N = 5.0kg × 9.8m/s² = 49Nとなります。これを摩擦力の式に代入すると。

Ff = 0.20 × 49N = 9.8N

物体に働く総力Fnetは、引っ張る力20Nから摩擦力9.8Nを引いたものです。

Fnet = 20N – 9.8N = 10.2N

加速度aは、ニュートンの第二法則 F = ma を使って求めます。ここで、Fは物体に働く総力、mは物体の質量です。

a = Fnet / m = 10.2N / 5.0kg = 2.04m/s²

したがって、物体の加速度は2.04m/s²です。引っ張る力と摩擦力を考慮した加速度の計算には、摩擦力を引いた総力を物体の質量で割ることで求めることができます。この問題を通して、力学の基本的な法則をしっかり理解することが大切です。