墜落の公式!? ドローン関連の基礎力学 その３
ドローン教授っす。今日は重力やりたいんだけどさ～。あまたつ君、重力って知ってるよね？
そりゃ知ってますよ。地球の重力を発見したのはニュートンですよね。でもそれがドローンと何か関係があるのでしょうか？
そりゃ、大ありでしょ～。落下ですよ。墜落ですよ！
つ、墜落……。墜落に関する公式というわけですか？
そうじゃ。ドローンと墜落は切り離すことはできない。避けては通れないのじゃ。キミが墜落しないでついてくるんじゃぞ。今回は、無人航空従事者試験に出てくる、ドローンの基礎力学、重力を勉強しよう！
lesson23 墜落の公式!? ドローン関連の基礎力学 その3
重力と水平投射
重力とは
有名なのは地面に落ちるリンゴを見てニュートンが発見したと言われている「万有引力」じゃろう
ニュートンは、が発見した事を簡単にいうと、物体を空中で離すと、地球の中心にむかって落ちる。この時には、物体と地球の間に働く力があり、それが「万有引力」である。そして、その力は一定だという事です。
この地球がどんなものでも同じ力でひっぱろうとする力を「重力」といいます。
重力加速度
重力は一定の加速度を作り出します。これを「重力加速度」と言います。
重力加速度は、おおよそ９．８[m/s]なのじゃ
つまり、空中でものを落とすと、１秒後に９．８m/sの速度になる計算です。
前回のレッスンで加速度をaと表しましたが、重力加速度はｇに置き換えて表現します
自由落下
空中で静止している状態から、落下した場合の、初速度Ｖ0＝０で落下する事を自由落下と言います。手をパッと開いて、勢いをつけないで落とす状態です。このときのＶ0＝０の式は、
となります。
１ 検定問題の練習
問 高さ４４．１ｍのビルの屋上から、ボールを落下させた場合、地球上に衝突するまでにおおよそ何秒かかりますか。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/Ｓ２とする
考え方
①s：距離 a：加速度 t:時間
（１）
②（１）の式の距離Ｓを高さｈに、加速度aを重力加速度ｇに置き換える
（２）
③（２）の式を変形する
（３）
④（３）に問題の数値を当てはめる
答え 時間ｔ＝３ ３秒後に地上に衝突する
式の中に「重さ」が出てこん。つまり、物体の重さは落下時間に関係ないと言えるのじゃ
検定問題
ドローンの教科書 標準テキスト 無人航空従事者試験３級問題より
問１ 総重量２ｋｇの機体が、高度１９．６ｍから自由落下した場合、地上に衝突するまで、おおよそ何秒かかるか選びなさい。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/Ｓ２とする
① 約１秒
② 約２秒
③ 約４秒
④ 約８秒
水平投射
自由落下は、真下に物体が落ちる状態ですが、ドローンのように水平に飛んでいた物体が落下を始める場合、これを水平投射と呼びます。
地面に対して平行に初速があり、あとは重力の力で落下する運動です。
考え方は、自由落下と、等速直線運動の組み合わせじゃ。ニュートンの運動の法則により、水平方向の運動と自由落下運動は影響しあわないと証明されているので、考えるのは、自由落下だけにフォーカスしてよい
２ 検定問題の練習
問 高さ４４．１ｍの空中を、水平に１０m/sで進む物体がある。この物体が落下した場合、地球上に衝突するまでにおおよそ何秒かかりますか。また、落下開始地点から何ｍ進みますか。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/Ｓ２とする
考え方
自由落下をフォーカスすると、上記の１検定問題の練習より、４４．１ｍの高さからは３秒で落下するとわかります。次に水平方向には、初速度である１０m/sのまま地面に衝突するまで進みます。
その為、３秒間の間、１０m/sで進むと考えます。
その為答えは、３秒で、３０ｍ先が落下地点という事になります。
検定問題
問２ 高度７８．４ｍを６m/sの速度で水平移動している機体が、機体のにより揚力が無い状態で落下を始めた。この機体は、何秒で地上に衝突するか。また、落下地点から水平に何ｍ進むか。正しい組み合わせを選びなさい。ただし、空気抵抗は無いものとし、重力加速度は、９．８ｍ/Ｓ２で計算する。
① 時間４秒 距離１３ｍ
② 時間４秒 距離２４ｍ
③ 時間６秒 距離１３ｍ
④ 時間６秒 距離２４ｍ
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Ａ１：②Ａ２：②
まとめ
ドローン操縦者になりたいなら、ある程度墜落した時の事をシミュレーションをしておくことは、責任といえるじゃろう。ところで、基礎力学は今回で終わりじゃ
え～。まだやれますよ～（やっと終わった～）
（うそつけ～。半泣きだったくせに）次は、単位について勉強しよう！
参考：ドローン検定協会公式ＢＯＯＫ ドローンの教科書
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