解答例・解説
物体の質量:$m$,加速度:$a$,垂直抗力:$N$として,
斜面平行・垂直方向の運動方程式より,運動方向を正として,
\[斜面平行: mg\sin \theta - \mu 'N = ma \]
\[斜面垂直: N - mg\cos \theta = 0 \]
\[ \therefore mg\sin \theta - \mu 'mg\cos \theta = ma \]
加速度は,
\[ a = \left( {\sin \theta - \mu '\cos \theta } \right)g \]
速度と加速度の定義より,時刻$t$で積分して,
\[速度: v\left( t \right) = v\left( 0 \right) + \int_0^t {a\left( t \right)\;{\rm{d}}t} = {v_0} + \left( {\sin \theta - \mu '\cos \theta } \right)gt \]
初期条件より,$v_0$=0として,
\[ \therefore v\left( t \right) = \left( {\sin \theta - \mu '\cos \theta } \right)gt \]
速度と位置の定義より,時刻$t$で積分して,
\[位置: x\left( t \right) = x\left( 0 \right) + \int_0^t {v\left( t \right)\;{\rm{d}}t} = {x_0} + \left( {\sin \theta - \mu '\cos \theta } \right)\frac{1}{2}g{t^2} \]
初期条件より,$x_0$=0として,
\[ \therefore x\left( t \right) = \left( {\sin \theta - \mu '\cos \theta } \right)\frac{1}{2}g{t^2} \]
【参考】
滑り出す条件:$a>0$であるから,
\[ mg\sin \theta - \mu mg\cos \theta > 0 \]
\[ \therefore \tan \theta > \mu \]
となる。
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