この問題の解説をして欲しいです。途中式や計算方法を教えて欲しいです。お願いします。

|11| 高さ 0.16mで密度が一様な直方体を, 長さ 0.12mの底辺が斜面にそう向きに平行になるよう にして, あらい斜面上に置く。 (1) 斜面の傾きの角を徐々に大きくしていく と、重力の作用線が図のPQ をこえたときに直 方体は転倒を始める。 このときの角を0 とするとき in を求めよ。 (2) 直方体と斜面との間の静止摩擦係数をμとすると, μがある値μ。 より小さいとき は、直方体は (1) の状態になる前に斜面をすべり始める。 μ を求めよ。 0.16m -0.12m

物理 力のモーメントです。 （4）でfgまわりの力のモーメントを求めるのですが、摩擦力が反時計回りで、垂直抗力が時計回りになるのがよくわかりません。 どなたか教えてください。

高さが [m]、底面の一辺の長さがmの正方形で,密度が一様な質量 m[kg]の直方体abed-efghを下 図のように水平面に置かれた斜面上のA点に置いた。 斜面は取り替え可能であり、 異なる材質のものを実 重力加速度の大きさをg[m/s']として, 以下の問いに答えよ。 なお, 問 (1), 問 (3) を除いて, 答えを導く過程 験によって使い分けた。 また, 斜面と水平面のなす角 9 [rad]は, その大きさを変化させることができる。 も記述すること。 b e a d 00 b A a まず,なめらかな斜面を 0 = 0, [rad] となるように設置してA点に直方体 abcd-efgh を置いたところ, 方体はそのまま斜面をすべり始めた｡ (1) の解答欄 A (1) このとき、直方体 abcd-efgh に作用しているすべての力の大きさおよび向きを,解答欄に示せ。 ただ し、向きは矢印で図示し, 大きさは矢印の周囲に記入すること。 e (2) 直方体 abcdefgh が斜面を下る際の速さおよび加速度の大きさを, 動き始めてからの時間を f[s] とし て, およびg の中から必要なものを用いて答えよ。 次に,静止摩擦係数がμの斜面に取り替え、直方体abcdefgh をA点に置いた。 (3) 0 0 = 0 rad から徐々に大きくして0=0, [rad] となったとき, 直方体 abcdefghは静止したままであ った。このとき、直方体 abcdefghに作用しているすべての力の大きさおよび向きを、解答欄に示せ。 ただし、向きは矢印で図示し, 大きさは矢印の周囲に記入すること｡

コイルの誘導起電力についてですが、自己誘導で生じる起電力は上図のように、電池Vと同じ電位降下を起こす「抵抗」のような扱いをしていて回路内には電流が流れていますが、(だからキルヒホッフの法則より、 V=L(di/dt)と表しているのだと思います。)相互誘導のとき、二次コイルに... Read More

V P P 電流 磁場 m 巻数 N1 コイル 1 イ数 巻数 N2 コイル 2 (2) コイルの磁気エネルギー 10 で、 コンデンサーの静電エネルギーU=12cm=12/02 に投入した仕事を計算することで説明したね。 導くときに、コンデンサーを電気量が0CからQ [C] まで充電するの が投入する仕事を計算することで、コイルの磁気エネルギーの公式を 同じようにコイルの電流を0AからⅠ [A] まで増やすときに, 電源 導いてみよう。 まず、図13の回路で特殊な電 源によって, 自己インダクタンス Lのコイルに、 図14のように時刻 とともに増大する電流を強制的 に流していこう。 このとき, コイルに発生してい る誘導起電力Vは, POONTO (p.244) の式より, V = L di dt 図14のグラフの傾き I [A]増加 T〔s] で 1 =Lx3 ...1 1 2 X TXI ...(2) [ 図14の 三角形 の底辺 [ 電源 V 高さ i増加させる 図13 i 増加 T の式を これは、図13より, 電源の電 0 圧Vと等しいね。 図14 一方、このt=0からt=T〔s] ま での間に、電源が 「持ち上げた」 電気量をQとするよ。 この電気量Q は図14の.i-tグラフの下の面積と等しいので、 Q=(図14のi-tグラフの下の面積) イヤ! 電流 (1秒あたりに通過する電気量) I 傾き itグラフの 下の面積は 通過電気量Q → 時刻 第19章 コイルの性質 251

写真の青線部についてですが、誘導起電力がは電源の電圧と等しくなる。これはキルヒホッフの法則から言えることだと思うのですが、ここで疑問なのは、なぜ電池と誘導起電力は図のように打ち消し合うような向き？ にかかっているのに、電流は流れるのですか？電池の＋極どうし、-極どうしを繋げ... Read More

(2) コイルの磁気エネルギー 10 で、 コンデンサーの静電エネルギーU=1212CV2=120262の式を Q2 導くときに,コンデンサーを電気量が0CからQ [C] まで充電するの に投入した仕事を計算することで説明したね。 同じようにコイルの電流を0AからⅠ[A] まで増やすときに,電源 が投入する仕事を計算することで, コイルの磁気エネルギーの公式を 導いてみよう。 まず、図13の回路で特殊な電 源によって, 自己インダクタンス Lのコイルに,図14のように時刻 t とともに増大する電流żを強制的増加させる に流していこう。 このとき, コイルに発生してい る誘導起電力Vは, POONTO (p.244) の式より, di dt 図14のi-tグラフの傾き V = L =Lx I [A][増加 T〔s] で 電源 V 図14の 三角形 の底辺 図 13 dt T 電流 ( 1秒あたりに通過する電気量) I傾き i 増加イヤ! T V これは、図13より, 電源の電 圧Vと等しいね。 図 14 一方,このt=0からt=T〔s] ま での間に,電源が「持ち上げた」 電気量をQとするよ。 この電気量Q は図14の, i-tグラフの下の面積と等しいので, Q=(図14のi-tグラフの下の面積) =1/12/201 xTxI...② 高さ i-tグラフの 下の面積は 通過電気量Q 時刻 第19章 コイルの性質 251

(2)について、物体の上面が水中にくるとき体積はSlでF＝ρSg(h-l)になると思うんですけど、なぜその場合を考えなくて良いんですか？

86 単振動はばね振り子に限らない。 以下, そんな例を取り上げてみよう。 EX4 長さ4断面積Sの木を密度の水に浮かべ たら,hの深さで静止した｡ そして少し押して 放すと振動を始めた｡ 水の抵抗はないとする。 (1) 木の密度を求めよ。 (2) 静止状態での木の底Bの位置を原点とし て下向きにx軸をとる。 振動中の底Bが位 xに来たときの合力を求めよ。 (3) 振動周期を求めよ。 h p;Sig=pShg :: P₁= 4/1 P (2) 水面下の体積はS(h+x) だから, 合力 F は F=p, Slg-pS (h+x)g =p.Slg-pShg-pSxg=-pSgx (3) このように合力は比例定数K=pSg をもつ復元力だ から木は単振動をする。 :: T=2x√7 = 2x√ PS² = 2x√ √h P.SI K pSg g P 薄力は液体の密度をp, 液面下の体積をVとすると,f= pVg と表される。 (1) 木の質量はm=pと表せるから,重力と浮力のつり合いより h 101" 滑らかに動く質量Mのピストンがついた容器 の中に気体が入っている。 容器の断面積を S, 大気 圧をPとする。 気体ははじめ圧力Pで長 部分を占めてい mg- S B n B 100 このExで,はじめ底Bをx=dまで押し込んで放したとする。 最大の さはいくらか。 また,底Bがx=d/2を通るときの速さはいくらか。 一浮力 M L

問8です。解答の五行目の式にVがないのになぜp-vグラフで表せれてますか？

さらにX内の気体を加熱し続けたのちに加熱を止めた。 ここで, 同じ大気中で図4の ように,上部が開放された断面積 S の円筒容器Y を鉛直に立て,底面の細管で XとYを 連結し, X内の液面と同じ高さまで液体を入れた。 この状態から細管の栓をゆっくりと開 いていくと,図5のように,Xの液面のふたが 1/3 んだけ下がり,X内の気体の圧力は 5 1 になった。この状態を状態4とし,このときのYの液面の位置をPとする。また, このとき細管の栓は開いており, 液体はXとYの間を自由に移動できるものとする。 A t 容器 X po ふた 液体 ピストン| ※3 栓 閉 図 4 容器 Y po 液体 容器 X po 1 4 -po 状態 4 ピストン * 13 h -h ふた 液体 栓 13 h 開( 図 5 容器 Y po 液体 P 9 pocu 問6 液体の密度をpとする。 はいくらか。 po, hg を用いて表せ。 ただし、 解答欄に は結論だけでなく, 考え方や途中の式も記せ。 psh g

問8です。 解答4行目の式にVがないのになぜpーvグラフで表せれますか？

くらか。 po, pock faal R9200 4 2 8 図2のよ トッパー の気体の Ta 7/8 (9 さらにX内の気体を加熱し続けたのちに加熱を止めた。ここで,同じ大気中で図4の ように,上部が開放された断面積 S の円筒容器 Yを鉛直に立て,底面の細管でXとYを1 連結し,X内の液面と同じ高さまで液体を入れた。 この状態から細管の栓をゆっくりと開 いていくと,図5のように,Xの液面のふたが 13 んだけ下がり,X内の気体の圧力は かになった。この状態を状態4とし,このときのYの液面の位置をPとする。また, このとき細管の栓は開いており, 液体はXとYの間を自由に移動できるものとする。 ― 容器 X po ふた 液体 ピストン| 栓閉 図4 容器 Y po 液体 e 容器 X ふた 液体 状態 4 ピストン| -3' h h → 13 h 開( 図 5 ン 容器 Y po 24 液体 2 TO D P 問6 液体の密度を ρ とする。pはいくらか。po,h, g を用いて表せ。ただし,解答欄に は結論だけでなく、考え方や途中の式も記せ。 psh g

問8です。 解答4行目の式にVがないのになぜpーvグラフで表せれますか？

くらか。 po, pock faal R9200 4 2 8 図2のよ トッパー の気体の Ta 7/8 (9 さらにX内の気体を加熱し続けたのちに加熱を止めた。ここで,同じ大気中で図4の ように,上部が開放された断面積 S の円筒容器 Yを鉛直に立て,底面の細管でXとYを1 連結し,X内の液面と同じ高さまで液体を入れた。 この状態から細管の栓をゆっくりと開 いていくと,図5のように,Xの液面のふたが 13 んだけ下がり,X内の気体の圧力は かになった。この状態を状態4とし,このときのYの液面の位置をPとする。また, このとき細管の栓は開いており, 液体はXとYの間を自由に移動できるものとする。 ― 容器 X po ふた 液体 ピストン| 栓閉 図4 容器 Y po 液体 e 容器 X ふた 液体 状態 4 ピストン| -3' h h → 13 h 開( 図 5 ン 容器 Y po 24 液体 2 TO D P 問6 液体の密度を ρ とする。pはいくらか。po,h, g を用いて表せ。ただし,解答欄に は結論だけでなく、考え方や途中の式も記せ。 psh g

この問題では、向心力はないのですか。

発展例題19 円錐容器内の運動 z軸を中心軸とする頂角20の円錐状の容器がある。 容器の内 側に質量mの小球があり, 容器の底にある小さな穴を通して, 質 量Mのおもりと糸で結ばれている。 小球は,穴から円錐の側面に為 沿って距離Lの位置を保ち、 容器内のなめらかな斜面上を速さひ で等速円運動しており, おもりは静止している。 糸と容器との間 に摩擦はなく,重力加速度の大きさをg とする。 小球の速さひ を m, M, L, 0, g を用いて表せ。 (筑波大) 指針 小球とともに回転する観測者には, 距離Lが一定なので,小球は,重力,糸の張力, 垂直抗力,遠心力を受けて, 力がつりあって静止 しているように見える。 円錐の側面に沿った方向 の力のつりあいの式を立てる。 なお, 静止した観 測者には,小球は重力, 糸の張力,垂直抗力を受 けて,等速円運動をするように見える。 解説 小球とともに回転する観測者を基準 に考えると, 小球には図のような力がはたらく。 糸の張力は, おもりが受ける力のつりあいから, biant Mg である。円運動の半径 垂直抗力 はLsind なので,遠心力 の大きさはmv²/ (Lsine) となる。 円錐の側面に沿っ m 発展問題 211, 216 z (S) た方向の力のつりあいから, Mg vo² 2 L sine sine 10 -mg cose-Mg=0 Vo=. IO L m (1) OM (M+m cos0) g m m Vo 2 vo² Lsine sin 2 vo² Lsine m mg M mg cose

84番についてです。p1は6cmでp2は7.5cmだから同一の深さではないと思います。なぜ同一の深さになるのか教えてください

よ。 90 82 あらい斜面上の運動 傾きの角が30° のあらい斜面 上に質量 5.0kgの物体を置き, これに糸をつけ, 斜面に平行 に上向きの力を加えた。 物体と斜面の間の動摩擦係数を 重力加速度の大きさを9.8m/s² とする。 √3 130 基 (1) 物体が斜面上方に一定速度 3.0m/sで動いているとき, 糸の張力の大きさは何Nか。 (2) 次に,糸の張力の大きさを60N にすると, 加速度の大きさは何m/s2 になるか。 例題 17,89,90 83 水圧 図のように, 高さ 底面積Sの円柱形の物体を、 そ の上面の水面からの深さがdとなるように水中に沈めた。 大気圧を Do, 水の密度をp, 重力加速度の大きさをgとする。 (1) 物体の上面が受ける圧力か と下面が受ける圧力を求めよ。 (2) 物体の上面が受ける力と下面が受ける力の大きさの差を求めよ。 84 液体の圧力 一様な太さのU字管に入れた水と油が図 の位置でつりあっている。 水と油の境界面から液面までの高さ T はそれぞれ6.0cm,7.5cmである。 水の密度を1.0×103kg/m² 6.0cm として,油の密度を求めよ。 水 油 86 浮力■ 質量 m[kg], 密度ρ [kg/m²] の物体を, ばね定数k [N/m] のばねの先端に取りつけ, 密度 po [kg/m²] の液体に完全に沈めたところ, ばねが自然の長さから伸びた状態でつりあった。 重力加速度の大きさを g [m/s²] とし, ばねの質量および体積は無視できるものとする。 (1) 物体が受ける浮力の大きさF [N] を求めよ。 (2) ばねの自然の長さからの伸び x [m] を求めよ。 水面 d 85 浮力 密度が一様な物体を水(密度po [kg/m²]) に浮かべたところ, 物体の仁 積 V[m²] の3分の2が水面より下に沈んだ。 重力加速度の大きさをg [m/s'] とする。 (1) この物体の密度ρ [kg/m²] を求めよ。 (2) 力を加えて物体全体を水面より下に沈めたい。 必要な力の大きさ / [N] を求めよ。 例題18 例題 1893 7.5cm ◆ 87 空気の抵抗を受ける運動■質量m[kg] の小球が空気中を落下す るとき、空気の抵抗力は小球の速さ”に比例し, kv [N] であるとする(k は比例定数)。重力加速度の大きさを g [m/s'] とする。 (1) 小球の速さが [m/s ] である瞬間の加速度の大きさ a [m/s ] を求めよ。 [00000000 of C