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Physics Senior High

物理の問題です 解説お願いします

23] 図に示すように,点0を中心とする半径 Rの硬い一様な円板がある。この円板には, 点Aで内接し、点Dを中心とする半径っR に該当する答えの番 次の各設問の B (上から見た図) 点Aで内接し、点Dを中心とする半径↓R の円形の穴が開いている。円板の厚さはd で密度はoとする。 間1 円板の重心の位置は,r=| Tb)]である。ここで,内接点Aを原点 とし点0を通る軸をg軸,これに直交する 軸をむ軸とする。図示する矢印の向きが正である。 R D A (a)|, リ= (横から見た図) (a)の解答群 1 2 R 20 3 0 π 10 4 -R 5) R 24 32 (b)の解答群 2元 10 R 3元 8 R 7 R 7 5 6 (3 R 8 問2 円板は,内接点Aと,y= -Rの線分が円周と交わる点B, Cの3点で、自然の 長さ1,ばね定数々が共に同じ3つのばねで支えられている。ばねの根元は同一水平 面に固定されている。円板が点 A, B, Cで受けるばねの弾性力カは, それぞれ (C)×TgR°dp. ずかに傾く。gは重力加速度の大きさである。 (C), (d), (e)の解答群 ( ×TgR°do, (e]×TgR°doになり, 円板は水平面からわ 7 11 4) 36 8 6 27 1 1 2 1 24 3 4 32 9 3 (8 同3 円板上に1つのできるだけ軽いおもりをのせ, 傾いている円板を水平にさせるた (f)|×TR°dp のおもりを, z=| (. リ=(h)]の位置にのせてや めには,質量 ればよい。 (f)の解答群 3 6 5 (2 8 9 第1編 力学

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問2がよくわからないです 解説お願いします

23] 図に示すように,点0を中心とする半径 Rの硬い一様な円板がある。この円板には, 点Aで内接し、点Dを中心とする半径っR に該当する答えの番 次の各設問の B (上から見た図) 点Aで内接し、点Dを中心とする半径↓R の円形の穴が開いている。円板の厚さはd で密度はoとする。 間1 円板の重心の位置は,r=| Tb)]である。ここで,内接点Aを原点 とし点0を通る軸をg軸,これに直交する 軸をむ軸とする。図示する矢印の向きが正である。 R D A (a)|, リ= (横から見た図) (a)の解答群 1 2 R 20 3 0 π 10 4 -R 5) R 24 32 (b)の解答群 2元 10 R 3元 8 R 7 R 7 5 6 (3 R 8 問2 円板は,内接点Aと,y= -Rの線分が円周と交わる点B, Cの3点で、自然の 長さ1,ばね定数々が共に同じ3つのばねで支えられている。ばねの根元は同一水平 面に固定されている。円板が点 A, B, Cで受けるばねの弾性力カは, それぞれ (C)×TgR°dp. ずかに傾く。gは重力加速度の大きさである。 (C), (d), (e)の解答群 ( ×TgR°do, (e]×TgR°doになり, 円板は水平面からわ 7 11 4) 36 8 6 27 1 1 2 1 24 3 4 32 9 3 (8 同3 円板上に1つのできるだけ軽いおもりをのせ, 傾いている円板を水平にさせるた (f)|×TR°dp のおもりを, z=| (. リ=(h)]の位置にのせてや めには,質量 ればよい。 (f)の解答群 3 6 5 (2 8 9 第1編 力学

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問題とは直接関係ないのですが、(7)の図のx1→x3→x4で、等速度運動しないのはなぜか教えて頂けませんか? 静電気力が小さくなることで、x1以降は摩擦力が静電気力と釣り合うようになり、加速度が0になることから等速度運動する、という風にはならないのでしょうか?

(1) nまでは等速度運動だから、力がつり合う。点Oから離れるにしたが。、 て左向きの静電気力 qEが増し、それに応じて静止摩擦力が右向きに地」 ていく。やがて、おでは最大摩擦力umg に達する。そこでの電場の強さ E= より 電気 13 静電気·単振動 47 HE 13 静電気·単振動 水平右向きにx軸をとり,原点を0 電場 電場 とする。水平方向に -ax で表される -出mg aq q*a =mg 電場(電界)をかける(xは座標で, aは 図P 正の定数)。そして,水平右向きにベ ルトを一定の速さで動かす。正電荷q は向きを含めて 一g"axと表せる(ばねの弾性力と類似)ので ド=-aqx + mmg ベルト (2) Pはベルトに対して左へ滑るので、動摩擦力は右向きに働く。静電気。 を帯びた質量 mの小物体Pを点Oの位置でベルト上に置くと,Pは F=-aq (x-mg) aq (3) 上式を変形すると ベルトに対して滑ることなく動き始めた。Pとベルトの間の静止摩 これよりPはェ= mg(< x)を振動中心として単振動をすることが aq 擦係数をL, 動摩擦係数を μ(<μ)とし, 重力加速度をgとする。 ベルトは帯電しないものとする。 分かる(復元力の比例定数K=aq)。 もちろん。振動中心で最大の速さとなるので 出mg aq Pはやがて位置:x=(1) ]で滑り出す。 その後のPに働く合力F は,Pの位置xを用いて, F=(2) (4)単振動のエネルギー保存則(Fエッセンス(上)p79)より と表せる。Pはx=bで一瞬 静止した後,左へ戻り, 位置 x2=D (3)で最大の速さ Um=L(4) となる。x=bから x2に至るまでの時間は カ=D(5) である。その 後,Pは x =(6) で再び一瞬静止し, 右へ動くが, x4=(7) でベルトに対して静止し, 再び滑り出すまでには, ベルトの速さを (関西大+大阪大) K(b-xx)?= るV | aq = (b-mg aq V aq m (5) 右端から振動中心に移るまでの時間だから、周期Tの一である。 m- m Vとすると,tz=(8)の時間がかかる。 (6) は左端で、振幅A=b-xだけ、 中心xxの左側にあるので(次図を 参照) =-A= 2xーb=mg なお,(4)は、。=Ao =(bーx)·2x/Tとして求めてもよい。 Level(1), (2) ★ (3)~(6) ★ (7), (8) ★★ ーb aq 会 ( (7) Pは左端から右へ向かって速さを増していく。次図のように, ベルトの 速度Vと同じになるのは, 単振動の対称性から(ベルトに対して滑り始め た)位置xと振動中心をはさんで同じ距離だけ左に離れた位置 xx となる。 Point & Hint 力学としては,ばねに付けられた物体の, 動くべ ルト上での運動と同等である。 自然長 ma P V (2) Pはペルトに対して左へ滑る。 すると動摩擦力 の向きは…。 ベルト V Oms (3)~(6) (2)の合力Fの式から運動 (地面に対する運 動)が確定する。そして,いろいろな量が求められる。ん (7) Pの速度がベルトの速度と一致するのは…。 それまでの運動のもつ対称性 0 を利用したい。 単振動のエネルギー保存則で考えてもよい。振動中心から同じ距離だけ 離れた位置での単振動の位置エネルギーは等しいから, 運動エネルギーが (つまり速さが)等しい。 次図より . = 2xーx= aq mg (2h-) X- = Xー A A 左端 中心 右端 b -V ロー 赤点線は単振動 黒点線は等速V (8) xに達するまでは, Pはベルトに対して左へ滑り, (2)の「Fに従う単振 動であったが、いったんベルトに対して止まると,静止摩擦力に切り替わ り,Xに達するまではベルトと共に等速Vで動く。 ね= 2(x- x) V X-X 2mg ミ) agV

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教えて下さい!! 物理です!!

物理 問3 ヘ工衛星にはいろいろな高度のものがある。AさんとBさんの会話が科 学的に正しい考察となるように, 次の文章中の空欄 24 に入 23 イれる数値と文として最も適当なものを、下の選択肢のうちからそれぞれ一つ ずつ選べ。 A:国際宇宙ステーションの地表からの高度は 400 km ほどだね。 B:地球の半怪が約6400 km で、これに比べると 400 km は小さいなあ。 A:国際宇宙ステーションの高度を無視して,その軌道半径を地球の半径と 等しいと考えると,第1宇宙速度で飛んでいることになるから, その周 期は約 84分になるね。 B:この周期はおよそ、2時間だよ。 A:静止衛星は, 地上の人から見ると,いつも静止して見える衛星のことな んだよね。国際宇宙ステーションと静止衛星の軌道半径と周期に, それ ぞれケプラーの第3法則を適用して,赤道上空の軌道を飛んでいる静止 衛星の地表からの高度を計算してみようか。 B:363=3.3 とすると, 静止衛星の地表からの高度は地球の半径のおよそ 23 倍になるね。 A:気象衛星のひまわりは日本が打ち上げた静止衛星だけど, 赤道上空の軌 道を飛んでいるよ。 B:静止衛星は地球の中心方向に地球から万有引力を受けているから, 運動 方程式をもとに考えると, 静止衛星は 24 23 の選択肢 0 3.6 の 4.6 O15.6 の 6.6 24 の選択肢 0 赤道上空の軌道の高度と同じ高度で, 日本の真上の上空を通る円軌道も 飛ぶことができるね 2 赤道上空の軌道の高度とは違う高度なら,日本の真上の上空を通る円軌 道も飛ぶことができるね の 円軌道を楕円軌道に変えると, 日本の真上の上空を通る軌道も飛ぶこと ができるね のどんな高度でも, 日本の真上の上空を通る円軌道を飛ぶことはできない ね - 17 -

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