基礎力学。文系の方からしてみれば、この言葉だけでもう嫌になるレベルかもしれません。
しかし、ドローン検定3級に出題される基礎力学はそんなに難しくないです。足し算、掛け算、割り算が出来ればオーケー。
本記事では、理屈抜きで基礎力学の計算問題を機械的に処理する方法を説明します。
Contents
加速する物体の速度
8m/sの速度で進む物体が、3m/s^2の加速度で加速したとき、加速を始めて4秒後の物体の速度を答えよ。
こういう問題が出題されたとします。（2乗は、^2で表記しています。）
2乗があるから紛らわしく感じてしまいがちですが、この問題は以下の公式で解けます。
元々の速度＋加速度×加速した時間
当てはめると、8＋3×4＝20
答えは、20m/sとなります。
問題の「8m/sの速度で進む物体が」の部分が「静止していた物体が」である場合は、元々の速度を0として計算すればオーケーです。
加速する物体の移動量
静止している物体に、同じ方向で4m/s^2の加速度を加えて移動させた場合、加速度を加えて3秒後に物体は何m移動するか。
こういう問題が出題されたとします。（2乗は、^2で表記しています。）
教科書には謎のグラフが載っていますね。あれは、時間を底辺、速度を高さと考えて時間と速度で囲まれた三角形の面積が移動量になる、という事を言っているのですが、急にこんなことを言われても分かりにくいかもしれません。
問題で考えてみます。
まず、速度は上で解いた問題の公式で導けます。
静止している＝元々の速度が0ですので、0＋4×3＝12
これで、三角形の面積（移動量）を求める材料が揃いました。
時間3秒（底辺）×速度12m/s（高さ）×1/2＝18
答えは18mとなります。
自由落下
総重量5kgの機体が高度44.8mから自由落下した場合、地上に衝突するまでにおおよそ何秒かかるか。ただし、空気抵抗はないものとする。また、重力加速度は、9.8m/s^2とする。
こういう問題が出題されたとします。（2乗は、^2で表記しています。）
少数を見ると、途端に計算が面倒に感じるかもしれません。であれば、切り上げてしまいましょう。そもそも、求める答えも「おおよそ」と聞かれていますので、律義に少数で計算しなくても構いません。
となると、高度45m、重力加速度10m/s^2です。
教科書には、何やら複雑そうな数式が書かれていますが、以下のように考えてもらって大丈夫です。
まず、高度を2倍にします。すると、90m。
90を重力加速度の10で割ります。すると、9。
2乗して9になる値は？ 3です。答えはおおよそ3秒になります。
機体の総重量はこの問題を解く上では考慮しなくていい数字なので、惑わされないようにしましょう！
水平投射
高度124.8mを、3m/sの速度で水平飛行している機体がトラブルにより揚力が無い状態で落下を始めた。この機体は落下開始地点から水平におおよそ何m進み地上に衝突するか。ただし、空気抵抗はないものとし、重力加速度は9.8m/s^2で計算する。
複合問題。基礎力学のラスボスと言えるでしょう。
しかし、本記事で解説した内容が分かっていれば、そんなに難しくはありません。
まず求めるのは、自由落下する場合は何秒かかるか、という点です。
これは上の問題と同じ要領で解けますね。
高度124.8は125と考えて、2倍すると250。
250を重力加速度の10で割ります。すると、25。
2乗して25になる値は？ 5です。自由落下の場合はおおよそ5秒と考えられます。
ここまで求められれば、後は簡単です。
この機体は3m/s（1秒で3mの速度）で進んでいるので、5秒であれば15m進みます。
答えは、おおよそ15mということになります。
まとめ
バッテリー編と合わせて、ドローン検定3級に出題される計算問題の解説を行いました。
後はもう、暗記あるのみです。エレベーターエルロンラダー、エレベーターエルロンラダー。
今回、基礎力学やバッテリーの問題に取り組んで面白いと思った方は、放送大学などの教育機関で物理を学びなおすのも良いかもしれませんね。
