落ち始めた的に当てる(モンキーハンティング)
着眼点弾と的は同じ加速度 g で落ちるので、的が落ち始める瞬間に的の方向へ撃てば、(的が地面に着く前なら)必ず当たる。
例題
1
水平距離 L、高さ H の位置にある的が、弾を撃つと同時に静かに落ち始める。弾を的の方向(\tan\theta=H/L)に初速 v_0 で撃つと当たることを示せ。
解答
弾が水平に L 進む時刻は t=\dfrac{L}{v_0\cos\theta}。
そのときの弾の高さ: v_0\sin\theta\cdot t-\frac12gt^2=L\tan\theta-\frac12gt^2=H-\frac12gt^2
的の高さも H-\frac12gt^2 で一致する。よって当たる(ただし H-\frac12gt^2\ge0、つまり的が地面に着く前であること)。
そのときの弾の高さ: v_0\sin\theta\cdot t-\frac12gt^2=L\tan\theta-\frac12gt^2=H-\frac12gt^2
的の高さも H-\frac12gt^2 で一致する。よって当たる(ただし H-\frac12gt^2\ge0、つまり的が地面に着く前であること)。
ポイント的から見ると、弾は重力の影響を受けずに一直線に飛んでくる(加速度の差が0)、と相対運動で説明すると速い。