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Physics Senior High

なぜ(1)では外力が働き(2)では外力が働かないのですか?

チェック問題 2 図のように, 長さ 質量m のおもりをつけた振り子を60° 60° 傾けて静かに手放すと、 最下点 で, 水平面上に置いてある質量 1 2mの物体に,反発係数 2 の 2m ATOLEA 8. 8分 衝突をした。 水平面と物体との動摩擦係数をμ' とする。 (1) 衝突直前のおもりの速さvo を g, lを用いて求めよ。 (2) 衝突直後の物体の速さ Vを, v を用いて求めよ。 (3) 物体が水平面上をすべった距離L,V,μ'を用いて 求めよ。 T 解説 まず (1) では 「振り子の運動」 (2) 「衝突」 (3) 「物体が 水平面をすべる運動」の3つの運動に完全に分けて, それぞれの運動 とに考えていこう。 (1) まずこの 「振り子の運動」では, おもりには2つの保存則のうち何が使 えるかな? p.165の「マニュアル」 ①②③の手順にしたがって考えてみて。 え~と、おもりには,①糸の張力と重力という外力がはたらいく ているから、運動量は保存しない。 そして、 ②衝突はない。 あ! ③摩擦熱はまったくないから力学的エネルギーは保存するぞ! エクセレント! 図a で, 《力学的エネルギー保存則》 mgl (1-cos 60°) よって、v=vgl 12 後 高さ 0 mvo (2) 次に 「衝突」 でおもりと物体に着目すると 2つの保存則のうち何が使えるかな? えーと。①おもりと物体に着目 すると外力ははたらかないから、 運動量は保存。 でも、あ~! ② の非弾性衝突だから、 衝突熱が発生して力学的エネル ●ギーは保存しないや。そこで、 反発係数の式だ。 前 2m 11 コンッ! オミゴト! 図bのように、衝突後の速度 を仮定し、運動量保存則》より 図b ” を消すと. V = 2 mv=mu+2mV 反発係数の式より、 1 V-v 2 Vo (3) 最後の 「物体が水平面をすべる運動」では,物体の何が保存している かな? うーん。 ①動摩擦力が外力としてはたらくから、運動量は保く 存しないぞ。 また, ②衝突はないな。 そして、 ③摩擦熱が発生 した分、力学的エネルギーも減っちゃっている グレート! 図cで、摩擦熱力学的エネルギーの減少分より. μ'x2mg × L=1×2mV2 2 動摩擦力 こすった 前後 2m 摩擦熱 60° 距離 V +0 高さ 1(1 - cos 60') V2 μ2mg ジョリ よって, L= 2μ'g ジョリ 図 C -Vo a

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Physics Senior High

このgはどうして消えたんですか?

16 第4章 運動の法則 6080A 41. Point! 物体A とおもりBについてつりあい の式を立てる。斜面上の物体Aについては,斜 面方向と斜面に垂直な方向に分けて考える。 物体Aの質量をM = 0.20kg, おもりBの質量を m[kg],重力加速度の大きさをg=9.8m/s?, 糸が引く力 の大きさを T [N] とおく。 斜面に平行にx軸,垂直にy軸 をとる。 y 第4章 運動の法則 ■基礎トレーニング ④ 「運動方程式の立て方」 p.59~60 42. Point! 小球には,重力のみがは きに注意して,運動方程式 「ma= る。 解 答 (1) 小球にはたらく力は重力のみ である。 鉛直上向きを正とすると F=-14.7N となるので 「ma=F」より 1.5a=-14.7 W.. 130% 130° mg -14.7 Mg (2) ( 1 ) より a= == - 9.8m/s2 1.5 解法 物体Aにはたらく重力 Mg のx成分を Wx, y成分 を Wyとする。 直角三角形の辺の長さの比より Wx: Mg=1:2 よってWx=Mgx/12/2 43. Wy: Mg=√3:2 よって Wy= Mg × - √3 2 このとき, つりあいの式は次のようになる。 HT Point! 物体には、糸が引く がはたらく。 合力を求め, 運動 「ma=F」に代入する。 物体にはたらく重力は,鉛直 おもり B: 向きに T-mg=0 物体A: x軸方向 Wx-T=0 y軸方向 N-Wy=0 ①,②式より mg=T=Wx=Mg × 2 よって m=M×12=0.20× 1/2=0.20×1/2=0.10kg ③式より √3 N=Wy=Mgx- 2 √3 = 0.20×9.8×1 ≒1.7N 解法2 それぞれの方向の力のつりあいより おもり B: mg=5.0×9.8=49N 鉛直上向きを正とすると 「ma=F」 より 5.0α = 65-49 よって a=3.2m/s 2 向きは鉛直上 補足 注 「ma=F」 を 5.0α=65 重力 mg が常にはたらいていることを忘れ

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