ドローン検定に出てくる!基礎力学の計算問題の解き方




 

ドローン検定3級ではちらほら、計算問題が出現し始めるんですが、中でも一番ボリューミーなのが、

基礎力学の計算問題

です。

 

直接ドローンは関係ないんですが、

どのように物体が動くのか?

という理想状態での物体の動きの計算問題が出されます。

 

この基礎力学の問題をマスターしておくことで、

ドローンが落下したらどうなるのか?

など、ドローンの運動をある程度予測できるようになります。

(たぶん、この計算問題の狙いなんじゃないかなと思っています)

今日は、基礎力学の計算問題の解き方とパターンをまとめておくのでよかったら参考にしてみてくださいね。

 

 

ドローン検定に出てくる!基礎力学の計算問題の解き方

ドローン検定3級で出題される基礎力学の問題は次の3パターンにわかれます。

 

等速直線運動

速度を変えずに移動する運動のことを「等速直線運動」といい、ドローン検定3級でも出題範囲になっています。

例えば、次のような問題ですね↓

速度100m/秒 で500 m 移動する時にかかる時間を求めよ

 

これは小中学校で習った「道のり・速さ・時間の公式」で求めることができます。

時間を求めるには、

道のり÷速さ

で計算できるので、

500÷100= 5秒

が答えになりますね。

 

等加速度運動

続いて、速度は変化するけど、加速度が一定の物体の運動になります。

加速度とは、

速度が1秒間にどれくらい変化するのか?

を表したものです。

一定の割合で速度が速くなっていく運動のことを「等加速運動」と呼んでいるのですね。

例えば、次のような問題になります↓

速度50m/sで走っていた物体が、10m/s²の加速度で加速し始めて2秒たった時の速度を求めよ

 

この問題は

速度 =初速度+ 加速度×時間

という計算公式で求められますよ。

この問題だと、初速度50m/s、加速度10m/s²、時間は2秒なので、

速度 =初速度+ 加速度×時間速度

=50 + 10 × 2

= 70 [m/s]

ですね。

中に「静止状態から加速する」という問題も出題されます。

この場合は初速度を0にすればいいので、先ほどの公式の「初速度」をゼロにしてやれば OK です。

 

等加速度運動する物体の移動距離

続いては、物体が等加速度運動するときの移動距離を求める問題ですね。

例えば、

初速0m/sから5m/s²で加速する4秒後の物体の移動距離はいくらですか?

という問題。

ここでポイントとなってくるのが、

速度は一刻一刻変わるので、等速運動で使っていた「道のり・速さの公式」が使えないことです。

この状況は等加速度運動の時間と速度のグラフをかいてみるとわかります。

 

速度が一定の割合で変化しているので、時間と速度の関係は比例関係で表せます。

なぜなら、時間あたりの速度の変化量が一定だからですね。グラフは直線になります。

 

で、この物体の移動距離はどこかというと、

「グラフの線とx軸が作る三角形の面積」が「距離」に当たるわけです。

速度が一刻一刻変化していきますが、ものすごく小さい時間でその時に進んだ距離を求めていくとこのような小さな長方形の集合になります。

それは大きな目で見ると三角形の面積になるからです。

つまり数学的にいってしまうと、速度と時間のグラフを積分していることになります。

 

三角形の面積の求め方は、

底辺×高さ÷2

でしたね?

だから、この物体の移動距離を求めるには、

  • 底辺
  • 高さ

がわかればいいわけです。

グラフ中の三角形をみてみると、底辺は「時間」、高さは「時間×加速度」になりますね。

よって、この三角形の面積を計算してやると、

底辺×高さ÷2= 時間 ×(時間×加速度) ÷2

= 4 ×(4×5) ÷2

= 40m

になります。

この手の問題は公式を暗記するよりも、グラフで面積を求めていくのが無難ですね。

 

 

基礎力学の問題は慣れで制する

以上がドローン検定3級で狙われる基礎力学の計算問題でした。

この他にも自由落下

水平投射という問題が出てくるんですが、長くなりそうなので別の記事で書いておこうと思います。

 

それでは!

Ken




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