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Arithmetic · real student question

次元解析を使って、毎分 92 フィートを毎秒何メートルかに換算せよ。

Question

次元解析を使って

92 ftmin92\ \frac{\text{ft}}{\text{min}}

を毎秒メートルに換算せよ。

Step-by-step solution

  1. 必要な 2 つの換算係数を挙げる。 この量は分子に長さの単位、分母に時間の単位を持つので、どちらも置き換えねばならない:

    1 ft=0.3048 m(定義により厳密),1 min=60 s.1\ \text{ft}=0.3048\ \text{m}\qquad\text{(定義により厳密)},\qquad 1\ \text{min}=60\ \text{s}.

  2. 各係数を 11 に等しい分数として書き、不要な単位が消える向きにそろえる。 フィートは分子から、分は分母から約分されなければならない:

    92 ftmin×0.3048 m1 ft×1 min60 s.92\ \frac{\cancel{\text{ft}}}{\cancel{\text{min}}}\times\frac{0.3048\ \text{m}}{1\ \cancel{\text{ft}}}\times\frac{1\ \cancel{\text{min}}}{60\ \text{s}}.

    掛けるか割るかを当てずっぽうで決めるのではなく、約分によって向きを決める——それこそが次元解析の要点である。

  3. 分子どうしを掛ける。

    92×0.3048=28.0416 m(毎分).92\times 0.3048=28.0416\ \text{m(毎分)}.

    この途中の値は m/min としてそれ自体正しい答えであり、確認点として残しておく価値がある。

  4. 1 分あたりの 60 秒で割る。

    28.041660=0.46736 ms.\frac{28.0416}{60}=0.46736\ \frac{\text{m}}{\text{s}}.

  5. 桁の大きさを検算する。 1 メートルはおよそ 3.283.28 ft なので 9292 ft/min はおよそ 2828 m/min、それを 6060 で割れば毎秒 0.5 メートル弱に落ち着くはずで、実際そうなっている。計算を逆にたどると 0.46736×60/0.3048=92.0000.46736\times 60/0.3048=92.000 ft/min とぴったり戻る。

Answer

92 ft/min=0.46736 m/s92\ \text{ft/min}=0.46736\ \text{m/s}

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