物理の解法は「一本道」じゃない！弾丸が木材にめり込む問題から学ぶ複数のアプローチ

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

「あなたは問題を見た時に、解法が頭に浮かびますか？」

受験生の皆さん、物理の問題を前にして「あれ、この問題どうやって解くんだっけ？」と手が止まってしまうことはありませんか？物理の面白さは、ただ公式を暗記するだけではなく、目の前の現象を読み解き、最適な「道具」を選ぶところから始まります。例えるなら、大工さんが使う道具箱と同じです。のこぎり、ハンマー、ドライバー…それぞれに使い道があるように、物理にも「エネルギー保存の法則」「運動量保存の法則」「運動方程式」といった、様々な「道具」があるのです。

今日は、そんな物理の道具箱の使い方を学ぶために、弾丸が木材にめり込む問題を一緒に考えていきましょう。この問題、実は２つの道具を使って解くことができます。なぜ複数の解法があるのか、そしてそれが物理の何を教えてくれるのか、一緒に探検していきましょう！

あなたは問題を見た時に、解法が頭に浮かびますか？

みなさんはエネルギーの保存に関する問題に慣れているかの？今回の問題は、わかっているかどうかをチェックできる、とても良い問題を用意したぞ！ぜひ挑戦してみよう！

問題

長さLの木材を図のように固定し、速さv0で弾丸を木材に向かって水平に打ち込んだところ、2/3Lの位置までめり込んで静止をしました。同じ弾丸を速さ2v0で打ち込んだところ、木材を突き抜けました。木材を突き抜けた後の速さを求めなさい。木材が弾丸に及ぼす力は弾丸の速さによらず一定とします。

さて、どんな解法を使ってといたかの？今回は２種類の解説動画を用意した。解いた人はご覧頂きたい。

解答・解説

https://youtu.be/8D7fOtL7RiI

力学的エネルギーの保存については、よく解くことができる生徒が多いのですが、今回の問題のように抵抗力などが入ってくると、苦手に思ってしまう生徒も多いかもしれませんね。

今回はそんな外力がはいった場合のエネルギーの保存のたてかたに関する紹介動画でした。博士が教えてくれたように、検討の方法としては、「エネルギーの保存」や「運動量保存」から考えていくのが良いということです。

今回はエネルギーの保存が使えたので、これを使って解く方法での解説でした。が！

実はこの問題、別解として時間の無い式で解く方法もあるんです。それがこちらです！

いかがでしたでしょうか？

実は時間の無い式とエネルギーの保存の式は同じ式だった！

という衝撃的なことがわかったのではないかと思います。

物理ではいろいろな解き方・考え方があります。いろいろな道から解へたどりつけるように頑張っていきましょう！

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