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Physics Senior High

静電気・保存則の問題です。 (5)の力学的エネルギー保存則の式の右辺について、Aはx軸の-方向に動いているのに-1/2mvA^2ではなく1/2mvA^2になるのかが分かりません。 教えてください。

AB間の距離が2rm[m]のときのAの逃さ v [m/s] を求めよ。 量m(kg]の粒子Aが最初, Bから十分離れた位置にあり,x軸上正の 方向に遊度 (m/s)で動いている。 クーロン定数を:N·m'/C°)と (4) AがBに最も近づいたときの, Aの速度u [m/s]を求めよ。ま その後AとBは互いに反発し遠さかる。十分に時間がたった後 1/静電気 +QIC)を帯びた質量 AM (kg)の粒子Bが r軸 上の点Pに静止している。 また。+q[C) を番びた賞 m,q M.Q Vo 河合計 B 11 静電気保存則 43 HCHEE P 島 A5判 (1) 無限遠点での位置エネルギーは U=g×0=0 で, AB間の距離がr の とき U=qr kQ と表されるから,力学的エネルギー保存則より 5) 量4に らmu+0= 0+. kqQ 2kqQ mv? Yo Yo = (2) 前問と同様に ら +0=;mu+ kqQ 2r。 mu。 し, 重力や粒子の大きさは無視できるものとする。 Tath カ学 mu*+mu? V。 リ= V2 良間 類出 浜島 A5判 (3) 加速度が最大となるのは, 静電気力が最大になると きで、AがBに最も近づいたときだから 登信 (1) AB間の距離の最小値 o [m] を求めよ。 加速度のこと は力に聞け! mVo 9Q kqQ 『max- mr 4kqQ mamax=k mu 次に、粒子Bが×軸上を自由に動ける場合について, (4) 最接近のときの相対速度は0で, AとBの速度 は等しくなるから,運動量保存則より (止まった な、AB間の距離 [m]を求めよ。 mb = mu+ Mu m m+M 。 物体系についての力学的エネルギー保存則より . u= mv わ学 名問 浜島 A5判 (岡山大) のAの速度(m/s)を求めよ。 mu=me+ kqQ -Mu*+ Y」 Bから見れば AはUターン 0. 上で求めたuを代入して Y= 2kqQ(m+ M) mMu? Level (1)~(3) ★ (4),(5)★ kqQ はAとB全体でつくり出したもので, (1), (2)では 位置エネルギーU= Bが固定されているためAだけで使えたのである。力学でいえば, AとBがばね で結ばれているときの弾性エネルギーの扱いに似ている。 Point & Hint カ学 (1(2) 力学的エネルギー保存則を用いる。 位置エネルギーUは U=qVと (5) Bの速度をUpとすると, 運動量保存則より muo= mua+ Mus …① 力学的エネルギー保存則より kQ V= からつくり出す。 らく 物理 河合 B6 2mu =mu+Mug ……② | 運動方程式 ma = F を思い出したい。 -mv? (3)加速度といえば、 (4)物体系に働く外力がないから…。最接近のとき, Bから見てAは一瞬止まる から…。 AB間の距離については, A·B 全体について(物体系について)カ学 的エネルギー保存則を用いる。 位置エネルギーの形は前半と変わらない。 (5) 2つの保存則の連立。 Aと Bは十分離れるので位置エネルギーは0としてよ 0.2よりUを消去すると m-M m+M U= Vの正負はmとMの大小関係で決まる。 解も出るが、Aは静電気力で減速されているので不適 (初めの状態に対応)。 なお,計算からは ひ、= w という 物理 い。 別解弾性衝突とみなしてもよい。反発係数 e=D1 だから VA-Us = -1× (v0-0) ③ のと3の連立で解くと早い。 河 htt E-r kp

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Physics Senior High

4番です。 なぜ再び共鳴するときは5倍振動の定常波が生じているときなのですか?

口笛は,気流の乱れによる音(カルマン渦)が, 口内の空気と共鳴して "ピー という音になる »236||237||243 スピーカー 右図のような気柱共鳴実験装置で, ガラス管の管口から少し はなして上方に取りつけてあるスピーカーから一定の振動数の 音を出しておき,ガラス管に満たした水面を徐々に下げていっ たところ,気柱の長さがLのところで初めて大きな音が聞こ えた。さらに水面を下げていくと, 気柱の長さがLのところ で再び大きな音が聞こえた。音速を1Vとする。 (1) 管内の音波の波長入をL, Laを用いて表せ。 (2) 開口端補正4Lを入, Lを用いて表せ。 (3) スピーカーから出された音の振動数子を1V, L, Laを用い て表せ。 例題56 気柱の共鳴 (4) Leよりも水面を下げていき, 再び大きな音が聞こえたときの気柱の長さLを L, Lを用いて表せ。 解答(1) 図1のように,気柱の長さがL. Leのとき, 波長入 の音波によって,管内に定常波ができているとすると, センサー 78 気柱の振動 管の開口端…定常波の腹 管の閉口端…定常波の節 L-ム=ラ A 図1 よって,え= 2(L.-L) (2) 図1より, TAL “右図が2つで 4L=ーム 半波長” “右図が4つで 1波長” (3) v=fA より。 2 V. f=ス V 2(L-L) (4) 音の振動数は変わらないので, 波長もその ままである。再び共鳴して音が大きくなるの は,図2のような5倍振動の定常波が生じて いるときである。このときのLは今の5倍 図2 センサー79 弦や気柱には固有振動数 fm(m=1, 2, ……)があり, 外部からの振動とそのどれ かが一致すると,共振(共 鳴)する。 から4L をひいたものであるから, L=×5-4L= 2L,-L 4 ベマ

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