この問題の(1)において、参考書では鉛直方向で考えて S=mg/cosθと出していますが、僕のように考えてS=mgcosθとなっちゃう場合もありませんか？ なにがダメなのか教えて欲しいです🙏

216 Chapter 8円運動 8-4 問8-4 角速度で回転する円板に, 支柱を取りつける。 質量mのおもり おもりに糸をつけ、支 柱の頂点に結びつけたところ, 支柱と糸は角度をなして静止した。おもりと回転 の中心の距離をとし、以下の問いに答えよ。 ただし重力加速度の大きさをgとする。 (1)糸の張力の大きさを,m, g, 0を使って表せ。 (2) 遠心力を考慮し、物体にはたらく水平方向の力のつり合いの式を立て (3)おもりの円運動の運動方程式を立てよ。 さて、遠心力の考えかたを身につけるべく問題を解いていきましょう。 (2),(3)が大事な問題ですから、しっかり理解してくださいね。 人も、 <解きかた (1) m, g, 0で表すので、 鉛直方向に注目しましょう。 糸の張力の大きさをSとおくと, おもりにはたらく鉛直方向の力のつり 合いより Scos8=mg S= mg_ ・・・答 cose のです (2)「遠心力を考慮し」とあるので、おもりに観測者を乗せて考えます。 観測者は円運動することになるので, 問8-4 W 73 (1)鉛直方向の力のつり合いを考えて Scos0=mg S= mg COS O ・ om 円板が 回るんだね SS cos 0 0: mg 回転の中心に向かって加速度=”で運動しているということです。 観測者からすると,おもりには慣性力ma=mrw²が回転の外向きにはた 休には らいて見えます。 Ssin Omru S sin 0 mrw2 20 大 a=rw また、おもりには糸の張力がはたらくので、力のつり合いより Ssine=mrw2 sine cose (1)の結果より Ssin0=mg =mgtane よって mgtan0=mrw² (3)おもりにはたらく向心力は Ssine で、角速度w 半径の円運動をするので Ssin0=mrw mgtan0=mrw2 (2)と(3)を比べると同じ式になりましたね。 遠心力は円運動の慣性力です。 しっくりこない人はChapter7 を復習して, 理解を深めておきましょう。 Ssin=mrw² w mg cos0 mgtan0=mrw2 どちらも結果の式は 同じだが,考えかたが 違うんじゃ おもりの上に観測者を乗せて 考えると,F=mrw の遠心力 を上図のように受けるので 力のつり合いより おもりは回転の中心に向心力 Ssin を受ける。 円運動の 運動方程式より Ssin0=mrw2 www F m ma mg tan 0=mrw² ここまでやったら 別冊 P. 40~

57です。ここでのバネの伸びというのはPがもう一度Mに当たった時のことですか？その場合Pの質量も入る気がするのですが、なんでMだけなのですか？

M 53 長さの軽い棒の端に質量mの小球Pを取り付け、他端を 中心にして鉛直面内でなめらかに回転できるようにした。 最下 点でいくらより大きい速さを与えれば一回転するか。 長さの糸に小球Pを取り付け、他端Oを 指で止める。糸を水平にしてPを放すと, P は最下点Aを通り, 60°の位置Bまで達した とき, 0端の糸を放す。 A, B での速さとP が達する最高点の高さ (Aの位置からの高さ) んを求めよ。 55 滑らかな水平面上で, ばね定数のばねに結 ばれた質量mの小球Pを自然長の位置Oから だけ引いてAで放す。 0での速さ, OA の中点での速さ 02, およびばねの縮みの最大 値 xm を求めよ。 P 0 60° -"B V エネルギー 53 求める仕事は 棒 Pom ng √ Fol¬µl(mg−Fo)= ½-½mv² W=-μN×1=-μl(mg-12) 52 「仕事=運動エネルギーの変化」 より Wi+W2 + Ws + W= =1/12m02-0 力学 55 1/12m+1/2kx定より 1½ kl²=1mv₁² .. ひ m ½ kl²=mv²+1k (1) ひ2= l3k 2V 13 v= (√3+μ) Fal-2μgl ばねが最も縮むのはPが一瞬静止す るときだから m k P 00000000000 0 A 実は、この問題は41と同じ内容であ る。 41で求めた加速度α を用いて v2-022al からもが得られること を確かめてみるとよい。 :.xm=1 1→ 56 自然長までは板とPを一体化して 考えればよい。 自然長での速さをひと すると 56 ばね定数kのばねに質量Mの板を取り 付け, 板に質量mの小球Pを接触させ, ばねをしだけ縮ませてから放す。Pは自然 長で板から離れ, 水平面から曲面へと上 k 53 最下点での速さをv とおくと, 最 高点での位置エネルギー mg・2r が必要 だから kl²=(M+m)vo² k . vo=√√M+m mv,²> mg. 2r v>2√gr がっていく。Pが達する最高点の高さんを求めよ。 摩擦はない。 57 前問で,ばねの最大の伸びxはいくらか。 板は水平面上を動くとする。 等号のときは最高点で止まってしまう ので除外した。 その後はP単独での力学的エネルギー 保存に入る。 5mv2mgh 2 54 mgl= 1=mvv₁ = √2gl h= 2 2g kl² =2(M+m)g UB UB Pが板と力を及ぼし合っている間は全体 として保存し、離れれば単独で保存する。 物体系の力学的エネルギー保存則 複数の物体が力を及ぼし合いながら運 動するときには,1つの物体だけでは力学的エネルギー保存則が成り立た ない。物体系全体について立式する必要がある。 EX 質量 m,Mの物体 P Q 糸で結ばれ, 滑 車を介してPは滑らかな机の上で支えられて いる。 P を放し、 距離だけすべらせたときの 速さはいくらか。 IM 60° 30° UB 2 57 自然長位置以後, 板は板で力学的エ ネルギー保存に入っている。 ばねが最大 に伸びたときには,板の速度は0だから Mo-x m PO mgl=/12mu"+mg.1/2 B以後は放物運動に入る。 水平成分 VB/2=gl/2は最高点Cでも残るので mgl= +mgh. 1=\½\m(√97)²+: いずれも出発点との間で力学的エネルギ ー保存則をつくってみた。 VB=√gl M =l. M M+m 58 h=-l Q が失った位置エネルギー Mghの お陰でP, Qは運動エネルギーをもち, かつ, Pはmghだけ位置エネルギーを 増すことができたとみて

力のつり合い？u Nってなぜcosなんですか？sinかと思ったんですけど物理で三角比を使うとややこしくてわからなくてわかりやすく教えて欲しいです😭😭

58 棒に通された小球の円運動のテーマー 等速円運動の中心位置 力のつり合う方向 摩擦力のはたらく向き 105 [滑り上がる直前] Wi 地上に静止した観測者の立場で解答する。 角速度を大きく ① AN していくと,やがて小 球は棒に沿って滑り上 がる。滑り上がる直前 の角速度をωとする。 滑り上がる直前の摩擦力だから、向きは様に 沿って下向き、 大きさは „Nになるよね。 Cos Gin mg 棒に重 棒に沿って下向き 円運動の方程式(水平方向) mrwi=Ncose+ μ Nsin0 力のつり合い (鉛直方向) Nsin0=μ Ncoso+mg mg sinucose 円運動の加速度は図の点を向い ているので,運動方程式は加速度と 同じ方向の水平方向で立てる。 N=- ②①に代入 mrw w2 mg(cost + μsin 0 ) sinoμcose W= g(cos+μsine) r (sin-μcose) 小球は水平面内で運動しているの で,小球にはたらく鉛直方向の力は つり合っている。 えんぴらつぶつ COS (0 とおざか る Sin

静止摩擦力＜最大静止摩擦力が成り立たないといけない理由？自分でも調べたりしたんですけどあんまりわからなくてわかりやすく教えて欲しいです😭😭

[解説] 102 第1章 力学 55 回転円板上の小物体のテーマ - 等速円運動に必要な力 ( 向心力) 静止摩擦力のはたらく向き (1) 小物体にはたらく摩擦力は,等速円運 動の向心力なので、大きさはmrω'で, 向きは円の中心向きである。・・・答 小物体が等速円運動するためには、 小物体に対して、常に中心に向くカ をおよぼす必要がある。 この力が向 心力であり、本問の場合, 静止摩擦 (2)小物体が円板上を滑らないためには 静止摩擦力≦最大静止摩擦力 →限界の 力がこの力に相当する。 (向心力) が成り立っていればよい。 したがって mr w²≤μmg ここで,ω=(一定) での範囲を聞か れているので rs- mg 2 答 向心力 |速度 Itnic W (3)(2)と同様に考えて mr w² ≤μ mg ここで,(3)ではr= (一定) でωの範 囲を聞かれているので 仮に, 小物体に向心力がはたらいてい ないとすると, 小物体は速度の向きに 進んでしまい、等速円運動できなくな るよ。 μg w r 物体を円 まさかだけ させるのに不 小物体が滑らないということは,小物体には たらく静止摩擦力が最大静止摩擦力μNに 至っていないということだね。 56 円すい振り子のテーマ → 速度にがり出す • 向心力を用いた運動方程式による解法 遠心力を用いた力のつり合いによる解法 糸の張力の大きさをS, おもりの速さ を”とする。

赤で線を引いたところはどのような計算をしているのですか？

66 解答 2024年度 解説 芝浦工業大 芝浦工 と表 《熱機関のサイクル》 (イ)状態方程式より PV=nRT V= nRT P となるのでこれとPV =一定の関係から とな であ W20 前期日程 物理 nRT = nとRは一定であるから 5 P-T=- PT= 求める仕事を Wi とする。 状態 I から状態Ⅱは断熱変化であるため、 理想気体に出入りする熱量は0である。また,このときの理想気体の内部 3 エネルギーの変化は、12/2nR(ToT)である。 熱力学第一法則より 3 状態Ⅰ→Ⅱ:0=- 0= nR (T-T.) + W₁ 9 Wi= -nRTo とな れま る (ハ)求める温度をT とし,状態 I, II での理想気体の圧力をそれぞれ R P2 とする。 (イ)で導いた関係式を適用すると P.T. = P(+) P=2°P J となる。 状態Ⅱから状態Ⅲにおいて, ピストンにはたらく力は常につり合 っているため、理想気体の圧力はP2で一定である。 状態方程式は 状態Ⅰ:Pi (Sh)=nRT ...... ① 状態Ⅲ:P2(Sh) =nRT ......② となり,② ① より P2 T3 P1 To P2 T3=T= P2 1 F T D とあ るス

(18)について、t=π/2ωの時のコの字がどこに位置するのかという問題に帰着する所までは理解できるのですが、どこからt=0のとき、コの字はb地点にいたとわかるのですか？自分の見落としだとしたら申し訳ないのですが、この地点から外力を加え始めるみたいな記述はなく、なぜ解説にb... Read More

物理 図2のように、金属の細い棒を曲げて作ったコの字の部分を含んでいる回転子 ABCDEF は,辺 AB と辺 EF を回転軸として磁石の間に置かれている。 辺 CD の長さ は 、 辺BC と 辺 DE の長さはであり,辺CDは回転軸に平行, 辺BC と辺 DE は 回転軸に垂直である。 磁場はN極からS極の向きにかかっており,辺BC, CD, 辺 DE が通過する部分では一様で,その磁束密度の大きさはBである。 点Aと 点Fの間には抵抗値 R の抵抗をつないである。 外力を加えて、 図2に示した矢印の 向きに回転子を一定の角速度w (w0)で回転させると,辺CDに誘導起電力 Vが 生じ,抵抗に電流が流れた。 このときのVの時間変化は図3のような交流となった。 Tは交流の周期である。 ただし, 点Cから点D の向きに電流を流す Vを正とし, Vの最大値を V」 とする。 回転子がもつ自己インダクタンスや抵抗以外の抵抗値, 地磁気は無視できるものとする。 回転子 AQ Bw N S CTB B [E D V Fe -Vi T 図2 T |72 図 3 R 時間 た 6.周って 200

84番を教えて欲しいです✨ お願いします🙇‍♀️

形状問題 A cos B= cos 用いて、辺の長 径を尺とすると b 2R 知識 162 弾性力による位置エネルギー 自然の長さ60cm, ばね定数 4.0N/m のばねの全長を 80cmに伸ばしたときと, 90cm に伸ばしたときでは、弾性力による位置エネルギーの差は いくらになるか。 センサー28 ○運動エネルギーと仕事 なめらかな水平面上を左向きに速さ3.0m/sで動いていた質 40kgの台車に左向きの力を加えたところ,速さは5.0m/s になった。この力が台車に した仕事は何か。 A4 COS A a c²+ て, 2R z=b =bの二等辺三 運動エネルギーと仕事 傾きの角30°のなめらかな斜面上 を、質量 2.0kgの物体が斜面に沿って上昇している。物体が速 1.0m/s さ1.0m/sで斜面上の点Aを通過した直後,斜面に沿って大き さ15 Nの一定の力 F を加えながら斜面上方の点Bまで動かし た。重力加速度の大きさを9.8m/s2 とする。 5.0m B A 30° (1) 物体が点Aから点Bまで上昇する間に, 力Fが物体にした仕事 W, はいくらか。 (2)この間に, 重力が物体にした仕事 W2 はいくらか。 等式が成り立 (3)この間に,垂直抗力が物体にした仕事 W3 はいくらか。 (4) 物体が点Bに達したときの速さはいくらか。 センサー 24,25,27 エネルギー ccos C r)sin' A=bsi を示せ。 ような三角形 グラブ 95 自由落下とエネルギー 小球をある高さから静か に落とした。このとき、次の小球のエネルギーと落とし てからの時間との関係を示すグラフはそれぞれどれか。 ただし, 小球を落とした高さを位置エネルギーの基準と し、地面に落下するまでの時間を考えるものとする。 (1) 運動エネルギー (2) 重力による位置エネルギー センサー 26 (1)

解説がないので、申し訳ないですが、全部解説して欲しいです、。お願いします🙇 （問8：2E/3R、問9:2E^2/9R）

ⅣV [先導学類 (理系傾斜), 観光デザイン学類 (理系傾斜), スマート創成科学類 (理系 傾斜), 数物科学類, 地球社会基盤学類, 生命理工学類, 理工3学類, 医学類,薬 学類,医薬科学類, 理系一括入試] 図4のように,磁束密度の大きさが B [T] の鉛直上向きの一様な磁場中に, 半径 L[m]の円形導線を、 その中心が点0にくるようにして水平面に配置する。 この水 平面には,点0を中心として回転できる長さL [m] の導体棒 OP も配置されてい る。点0と円形導線上の点Qは抵抗値 R [Ω] の抵抗で結ばれており,切替スイッ チSによって起電力 E [V] の電池を接続できる。 円形導線と導体棒の電気抵抗,回 路を流れる電流がつくる磁場、電池の内部抵抗は無視できる。 また,抵抗に示した 矢印の向きを電流の正の方向とする。 まず,スイッチSを1に接続する。 そして、 導体棒に外力を加え続けることに より, 円形導線の上から見て反時計回りとなる図の矢印の向きに,一定の角速度 [] [rad/s] で導体棒を回転させた。 このとき, 導体棒と円形導線の間の摩擦は無視 できるものとし、 以下の問いに答えなさい。 問1導体棒が単位時間あたりに磁場を横切る面積を求めなさい。 問2導体棒に発生する誘導起電力の大きさを求めなさい。 問3 抵抗に流れる電流の大きさを求めなさい。 また, 電流の向きが正の方向であ るか負の方向であるか答えなさい。 問4 導体棒を一定の角速度 ] で回転させるために必要な単位時間あたりの仕事 を求めなさい。 問5 導体棒が磁場から受ける力の大きさを求めなさい。 次に,導体棒 OP を静止させ, スイッチSを2に接続しOQ間に起電力Eの電 池を接続したところ, 導体棒が回転を始めた。 以下の問いに答えなさい。 問6 導体棒の角速度が w2 [rad/s] となったとき,抵抗に流れる電流を求めなさい。 また,回転の向きは,上から見て時計回りか反時計回りか答えなさい。 問7 十分に時間が経過した後, 導体棒の角速度が一定になった。 このときの角速 度を求めなさい。 また, このときに抵抗で消費される電力を求めなさい。 - 7-

摩擦のした仕事はマイナスにするとならったのですが、この問題の場合摩擦力のした仕事の大きさなのでマイナスにならないのですか？ 教えてくださいおねがいします （1）です

め静止しており、物体と斜面との動摩擦係数は0.35 とする。 傾斜の方向に沿って3.0m 引き上げたら、 速さが 5.0m/s になった。物体に 94 差がつく 傾斜角30°の斜面上で,質量2.0kgの物体に力を加え、 (1)物体が3.0m 運動する間に, 物体に対して摩擦力のした仕事の大きさW (2)この間の, 物体の力学的エネルギーの増加量E[J〕を求めよ。 (3)物体に加えた仕事を W2 [J] として, W., W2, E の間の関係式を示せ (4)(3)の関係式から, W2 を求めよ。 ガイド (1) 大きさは摩擦力が物体にした仕事に等しい。 (2)位置エネルギー, 運動エネルギーともに変化する。 SA

(3)の問題で、 図2はちゃんとひもを引く力が上向きで、物体も同じ上向きに動いてるから正で、49Jなのはいいけど、 図1でひもを引く力が下向きで、物体は上向きに動いてるから−49Jになると思ったんですけど、なんで正の値になるんですか？

向きと移動の向き きの場合は,仕事 W=-Fx とな W=Fxcose れぞれの力がし xcos90°=0J 力: X cos90°=0J コ: xcos 180° x(-1) 74 仕事の原理 考え方 動滑車を使って物体を引き上げるには、物体の移動距離の2倍の距離だけひもを引けばよい。 この際、ひもを引く力の大きさは物体の重さの半分になる。 (1) 物体が 0.50m上昇すると, 物体をつるして 動滑車の左右のひもは 0.50mずつ短くな る。したがって、ひもを引いた距離 x1 〔m〕は, =2×0.50=1.0m (2) ひもを引く力の大きさ Ti〔N〕は, 1.0 m 「動滑車+物体」が受ける力のつりあいから, 2T-10×9.8=0 よって, Ti=49N (3) 力がした仕事 W1 [J] は, W=Fx から, W=49×1.0=49J 0.50 m ☐ 1.0 m 答 49 N 答 49 J \2 10×9.8N (4) ひもを引く力の大きさ T2 〔N〕 は,物体が受け る力のつりあいから, T2-10×9.8=0 よって, T2=98N よって、力がした仕事 W2 [J] は, W=Fx から, W2=98×0.50=49J (=Wì) 1倍 10×9.8N 図 1 補足 動滑車を使うと, 直 接引き上げるときに比べ 加える力の大きさは小さ くなるが、その分、力を 加えて動かす距離は大き くなるので、結局, 加え る力がした仕事は変わら ない(仕事の原理)。 0.50 m 図2