プリンキピア

第2章ベクトル

Additional Problems追加問題

Exercises 71–87練習問題 71–87
Exercise 71問題 71
You fly 32.0km in a straight line in still air in the direction 35.0° south of west. (a) Find the distances you would have to fly due south and then due west to arrive at the same point. (b) Find the distances you would have to fly first in a direction 45.0° south of west and then in a direction 45.0° west of north. Note these are the components of the displacement along a different set of axes—namely, the one rotated by 45° with respect to the axes in (a).
英語のヒント
風のない空気中を、西から南へ35.0°の方向に直線で32.0km飛ぶ。(a)同じ地点へ着くために、まず真南へ、次に真西へ、それぞれどれだけ飛べばよいか求めよ。(b)まず西から南へ45.0°、次に北から西へ45.0°の方向に、それぞれどれだけ飛べばよいか求めよ。これらは、(a)の軸に対して45°回転した別の軸に沿う変位成分であることに注意しよう。
Solution解き方
a. 18.4 km and 26.2 km, b. 31.5 km and 5.56 km
(a)18.4 kmと26.2 km、(b)31.5 kmと5.56 km。
Exercise 72問題 72
Rectangular coordinates of a point are given by (2, y) and its polar coordinates are given by (r,π/6). Find y and r.
英語のヒント
ある点の直交座標が(2, y)、極座標が(r,π/6)である。yとrを求めよ。
Exercise 73問題 73
If the polar coordinates of a point are (r,φ) and its rectangular coordinates are (x,y), determine the polar coordinates of the following points: (a) (−x, y), (b) (−2x, −2y), and (c) (3x, −3y).
英語のヒント
ある点の極座標が(r,φ)、直交座標が(x,y)であるとき、次の点の極座標を求めよ。(a)(−x, y)、(b)(−2x, −2y)、(c)(3x, −3y)。
Solution解き方
a. (r,π−φ), b. (2r,π+φ), c. (3r,−φ)
(a)(r,π−φ)、(b)(2r,π+φ)、(c)(3r,−φ)。
Exercise 74問題 74
Vectors A→ and B→ have identical magnitudes of 5.0 units. Find the angle between them if A→+B→=52j^.
英語のヒント
ベクトルA→とB→は、大きさがともに5.0単位である。A→+B→=52j^のとき、両者のなす角を求めよ。
Exercise 75問題 75
Starting at the island of Moi in an unknown archipelago, a fishing boat makes a round trip with two stops at the islands of Noi and Poi. It sails from Moi for 4.76 nautical miles (nmi) in a direction 37° north of east to Noi. From Noi, it sails 69° west of north to Poi. On its return leg from Poi, it sails 28° east of south. What distance does the boat sail between Noi and Poi? What distance does it sail between Moi and Poi? Express your answer both in nautical miles and in kilometers. Note: 1 nmi = 1852 m.
英語のヒント
未知の群島のモイ島を出発した漁船が、ノイ島とポイ島に寄って一周する。モイ島から東より北へ37°の方向に4.76海里(nmi)進んでノイ島へ着く。ノイ島からは北より西へ69°の方向へ進んでポイ島へ着く。ポイ島からの帰路は、南より東へ28°の方向へ進む。ノイ島とポイ島の間の航行距離はいくらか。モイ島とポイ島の間はいくらか。答えを海里とキロメートルの両方で表せ。1 nmi = 1852 mである。
Solution解き方
dPM=6.2nmi=11.4km,dNP=7.2nmi=13.3km
Exercise 76問題 76
An air traffic controller notices two signals from two planes on the radar monitor. One plane is at altitude 800 m and in a 19.2-km horizontal distance to the tower in a direction 25° south of west. The second plane is at altitude 1100 m and its horizontal distance is 17.6 km and 20° south of west. What is the distance between these planes?
英語のヒント
航空管制官がレーダー画面上で2機の飛行機の信号に気づく。一方は高度800 mで、管制塔から西より南へ25°の方向に水平距離19.2 kmの位置にある。もう一方は高度1100 mで、西より南へ20°の方向に水平距離17.6 kmの位置にある。2機の間の距離はいくらか。
Exercise 77問題 77
Show that when A→+B→=C→, then C2=A2+B2+2ABcosφ, where φ is the angle between vectors A→ and B→.
英語のヒント
A→+B→=C→ならばC2=A2+B2+2ABcosφであることを示せ。ここでφは、ベクトルA→とB→のなす角である。
Solution解き方
proof
英語のヒント
証明。
Exercise 78問題 78
Four force vectors each have the same magnitude f. What is the largest magnitude the resultant force vector may have when these forces are added? What is the smallest magnitude of the resultant? Make a graph of both situations.
英語のヒント
四つの力ベクトルは、いずれも大きさfである。これらを加えた合力ベクトルの大きさは、最大でいくらになるか。最小はいくらか。両方の状況を図示せよ。
Exercise 79問題 79
A skater glides along a circular path of radius 5.00 m in clockwise direction. When he coasts around one-half of the circle, starting from the west point, find (a) the magnitude of his displacement vector and (b) how far he actually skated. (c) What is the magnitude of his displacement vector when he skates all the way around the circle and comes back to the west point?
英語のヒント
スケートをする人が、半径5.00 mの円形の経路を時計回りに滑る。西端から出発して半周したとき、(a)変位ベクトルの大きさ、(b)実際に滑った距離を求めよ。(c)一周して西端へ戻ったときの変位ベクトルの大きさはいくらか。
Solution解き方
a. 10.00 m, b. 5πm, c. 0
(a)10.00 m、(b)5πm、(c)0。
Exercise 80問題 80
A stubborn dog is being walked on a leash by its owner. At one point, the dog encounters an interesting scent at some spot on the ground and wants to explore it in detail, but the owner gets impatient and pulls on the leash with force F→=(98.0i^+132.0j^+32.0k^)N along the leash. (a) What is the magnitude of the pulling force? (b) What angle does the leash make with the vertical?
英語のヒント
頑固な犬を、飼い主がリードを付けて散歩させている。犬は地面のある場所で気になるにおいを見つけ、詳しく調べようとする。しかし、飼い主はいらいらし、リードに沿って力F→=(98.0i^+132.0j^+32.0k^)Nで引く。(a)引く力の大きさはいくらか。(b)リードが鉛直方向となす角はいくらか。
Exercise 81問題 81
If the velocity vector of a polar bear is u→=(−18.0i^−13.0j^)km/h, how fast and in what geographic direction is it heading? Here, i^ and j^ are directions to geographic east and north, respectively.
英語のヒント
ホッキョクグマの速度ベクトルがu→=(−18.0i^−13.0j^)km/hであるとき、どれだけの速さで、どの方角へ進んでいるか。ここでi^とj^は、それぞれ東と北の方向である。
Solution解き方
22.2 km/h, 35.8° south of west
英語のヒント
22.2 km/h、西から南へ35.8°。
Exercise 82問題 82
Find the scalar components of three-dimensional vectors G→ and H→ in the following figure and write the vectors in vector component form in terms of the unit vectors of the axes.
英語のヒント
次の図の3次元ベクトルG→とH→のスカラー成分を求め、軸の単位ベクトルを使った成分表示で書け。
Gの大きさは10.0。xy平面への射影はxとyの正方向の間にあり、xの正方向から45度をなす。Gとzの正方向のなす角は60度。Hの大きさは15.0。xy平面への射影はxの負方向とyの正方向の間にあり、yの正方向から30度をなす。Hとzの正方向のなす角は450度と記される。

OpenStax / Rice University, University Physics Volume 1, CC BY 4.0. Source-book artwork retained. · CC BY 4.0 · Source出典

Exercise 83問題 83
A diver explores a shallow reef off the coast of Belize. She initially swims 90.0 m north, makes a turn to the east and continues for 200.0 m, then follows a big grouper for 80.0 m in the direction 30° north of east. In the meantime, a local current displaces her by 150.0 m south. Assuming the current is no longer present, in what direction and how far should she now swim to come back to the point where she started?
英語のヒント
ダイバーがベリーズ沖の浅いサンゴ礁を探検する。最初に北へ90.0 m泳ぎ、東へ曲がって200.0 m進み、次に大きなハタを追って、東から北へ30°の方向に80.0 m進む。その間、海流によって南へ150.0 m流される。もう海流がないとすれば、出発地点へ戻るには、今からどの方向へどれだけ泳ぐべきか。
Solution解き方
270 m, 4.2° north of west
英語のヒント
270 m、西から北へ4.2°。
Exercise 84問題 84
A force vector A→ has x- and y-components, respectively, of −8.80 units of force and 15.00 units of force. The x- and y-components of force vector B→ are, respectively, 13.20 units of force and −6.60 units of force. Find the components of force vector C→ that satisfies the vector equation A→−B→+3C→=0.
英語のヒント
力ベクトルA→のx成分とy成分は、それぞれ−8.80単位、15.00単位の力である。力ベクトルB→のx成分とy成分は、それぞれ13.20単位、−6.60単位の力である。ベクトル方程式A→−B→+3C→=0を満たす力ベクトルC→の成分を求めよ。
Exercise 85問題 85
Vectors A→ and B→ are two orthogonal vectors in the xy-plane and they have identical magnitudes. If A→=3.0i^+4.0j^, find B→.
英語のヒント
ベクトルA→とB→は、xy平面内で互いに直交し、大きさが同じである。A→=3.0i^+4.0j^のとき、B→を求めよ。
Solution解き方
B→=−4.0i^+3.0j^ or B→=4.0i^−3.0j^
英語のヒント
B→=−4.0i^+3.0j^またはB→=4.0i^−3.0j^。
Exercise 86問題 86
For the three-dimensional vectors in the following figure, find (a) G→×H→, (b) |G→×H→|, and (c) G→·H→.
英語のヒント
次の図の3次元ベクトルについて、(a)G→×H→、(b)|G→×H→|、(c)G→·H→を求めよ。
Gの大きさは10.0。xy平面への射影はxとyの正方向の間にあり、xの正方向から45度をなす。Gとzの正方向のなす角は60度。Hの大きさは15.0。xy平面への射影はxの負方向とyの正方向の間にあり、yの正方向から30度をなす。Hとzの正方向のなす角は450度と記される。

OpenStax / Rice University, University Physics Volume 1, CC BY 4.0. Source-book artwork retained. · CC BY 4.0 · Source出典

Exercise 87問題 87
Show that (B→×C→)·A→ is the volume of the parallelepiped, with edges formed by the three vectors in the following figure.
英語のヒント
次の図の三つのベクトルを辺とする平行六面体について、(B→×C→)·A→がその体積であることを示せ。
Gの大きさは10.0。xy平面への射影はxとyの正方向の間にあり、xの正方向から45度をなす。Gとzの正方向のなす角は60度。Hの大きさは15.0。xy平面への射影はxの負方向とyの正方向の間にあり、yの正方向から30度をなす。Hとzの正方向のなす角は450度と記される。

OpenStax / Rice University, University Physics Volume 1, CC BY 4.0. Source-book artwork retained. · CC BY 4.0 · Source出典

Solution解き方
proof
英語のヒント
証明。