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Physics Senior High

赤の矢印の部分なのですが、「V0>0なので」と書かなくて良いのですか?

の円筒から離れるときの条件」 STEP 2)1間違えやすい問題を攻略しよう 例題日半径方向の運動方程式は?├ STEP えんとク 右図のように、 点Oを中心とする半径rの円筒を鉛直面で半分に切ったも のが、最下点Aで水平面となめらかにつながっている。水平面上にある質 O。 量mの小球を速さ voで水平にすべらせたところ, 小球は最高点Bまで円筒 m 内面に沿って運動し, 点Bから水平に空中へ飛び出した。小球と面との間 Do O→ 水平面 A の摩擦は無視できるものとし, 重力加速度の大きさをgとする。 (1) 小球がZAOP=0となる円筒内面の点Pを通過するときの速さを求めよ。 小球が(1)の点Pを通過するときに円筒内面から受ける垂直抗力の大きさを求めよ。 (3) 小球が点Bまで円筒内面から離れずに運動できるための の最小値を求めよ。 ココを間違う! 小球は円筒内面に沿って円運動をする。点Pで小球にはたらく力を円の半径方向と接線方向 に分解し,半径方向の運動方程式をつくる。その際, 円の中心へ向かう向きを正の向きとする (あるいは小球とともに運動する観測者から見て半径方向の力のつり合いの式をつくる)。 また,小球が面から離れない条件は 「面から受ける垂直抗力と 0」 である。 解答例 (1) 小球が点Pを通過するときの速さを»とすると, 水平面を重力によ る位置エネルギーの基準として, 力学的エネルギー保存の法則より 下図の高さ AHは AH=0A-OH =rーrcose =1-cos) 州=m大州gr(1-cos) 1 ーmvo? 2 -mv?+mgr(1-cos0) 2 r (答) よって、ひ=Voo-2gr(1-cos) (2) 小球が点Pを通過するときに円筒内面から受ける垂直抗力の大きさ をNとして,OP 方向の運動方程式をつくるとココ H A 2小球にはたらく力の半 径方向の成分だけで運 動方程式をつくる。 円 の中心向きを正の向き ,2 m- r =N-mgcos0 よって,N=m- -+mg cos0 r この式に(1)の結果の式を代入して とする。 vo°-2gr(1-cos0) N= m +mg cos @ ス r v0° r PO (mgcosé +mg(3cos0-2) …(答) (3) 0=180° とした点が点Bであるから,0=180° として(2) で求めた垂 直抗力の大きさが0 ココとなるときのあを求めればよい。 = m- r A mg 小球が点Bで面から受 ける垂直抗力が0以上 であれば、小球は点B にたどりつける。 20? 十mg(3cos 180°--2) 0= m r 2 Vo° 0= m- +mg(-3-2) よって, v0=V5gr . (答) r 面から離れるときの垂直抗力は

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Physics Senior High

赤線部(写真2枚とも)について 正の向きは加速度aについてしか書かれていないのは何故ですか? 他の「浮力f」「mg」「抵抗力kv」については、勝手に加速度と同じ向きを正の向きとして良いのでしょうか。

STEP 3)模試問題にチャレンジ (3年7月記述 改。、 図1のように,球形の浮きを円筒形の深い水槽の底に細くて軽い糸で固定し、水橋に」 を入れた。このとき,糸はぴんと張った状態であった。浮きの質量と体積をそれぞれ m.レ 水の密度をpとし,水の密度は深さによらないものとする。また, 水中の浮きは,浮きと 同体積の水の重さに等しい大きさの浮力を受ける。重力加速度の大きさをgとする。(20占) 水槽 水 p 浮き m V 糸 図 1 問1 このときの糸の張力の大きさはいくらか。9.m, V, pを用いて表せ。(6点) がつく 次に,糸を静かに切ると,浮きは鉛直上方に上昇し始めた。浮きの上昇する速さを»と すると,浮きには速さに比例する抵抗力 ko(kは比例定数)が,運動する向きと逆の向きに はたらくものとする。 問2 水中を上昇する浮きの速さがっになったときの浮きの運動方程式(加速度をaとする) を,次の空欄 を埋めて完成させよ。ただし,aは鉛直上向きを正とする。(7点) ma= しばらくすると,水中を上昇する浮きの速さが一定になった。 問3 このときの浮きの速さはいくらか。9, k, m, V, pを用いて表せ。(7点)

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