物理の力学の問題です。 何から手をつければいいか分かりません。 解法を詳しく教えて頂きたいです。

内径rの半円型のお椀に、太さの無視できる、長さL、質量mの一様な 棒が、図のように、半円上の点とお椀の縁の2点で接している。お椀と 棒の間に摩擦はなく、 接点を拡大すると、 図のように接平面を持つ。 棒がお椀の上で釣り合いを保つための条件をr,L,m,gから必要なものを 用いて表せ。ただしgは重力加速度とする。 ①11111 r Lm g ///////

㈡の問題を丁寧に解説お願いします! ちなみに答えは１４です!

湖を東西に横切る橋を, 自動車 A が東向き に10m/s, 自動車 Bが西向きに 15m/sの速 さで進んでいる。 (1) A に対するBの相対速度はどの向きに何 m/sか｡ (2) この橋の下をモーターボートCが北向き に10m/sの速さで進んだ。 Aに対するCの 相対速度はどの向きに何m/sか。 A 10m/s m/s↑ 10m/s 15m/s CO B 北 西4東 南

この解答の図のMgsinθとMgcosθは逆では無いのですか？なぜこうなるのか教えて欲しいです。お願いします。

12.糸でつながれた2物体の運動 08分 図1のように,あら い斜面の上に質量Mの物体Aを置く。 Aには軽い糸で質量mのお もりBがつながれ, B は滑車を通して鉛直につり下げられている。 斜面が鉛直方向となす角度(頂角)は0°<0≦90°の範囲で変える ことができる。 Aと滑車の間では糸は常に斜面に平行に保たれる。 滑車は軽く、 またなめらかに回転できる。 ①1-μtan01 ②1 +μtan O ③ cos 01-μsin 01 ④ cos 01+μsin 01 ⑤-μcose+sin 01 ⑥ μcoso+sin 01 問2 図2のように, 斜面を水平 (8=90°) にし, A を面上に置い て静かにはなしたところ, B は降下し始めた。 Bが距離んだけ降下したときの, Aの速さを表す式として正し いものを次の①~ ⑥ のうちから1つ選べ。 ただし,このときAは面の端まで達していないものとする (√2gh (2) [③] [⑤] Aと斜面の間の静止摩擦係数をμ, 動摩擦係数をμ′,重力加速 度の大きさをg とする。 図 1 問1 最初,Aは斜面上に静止していた。 斜面が鉛直方向となす角度(頂角)を徐々に大きくしていくと, 角度が 01 をこえたときにBが降下し, Aは上向きにすべり始めた。 2mgh m+M m このとき, 質量の比 を 01 で表す式として正しいものを、次の①~⑥のうちから1つ選べ。 M 2gh(m-'M) M 4 6 2mgh M 2gh (m-μ'M) A m 2gh (m-μ'M) m+M M A M 滑車 図2 B m [2010 本試]

物理の光の干渉についての問題です。この問題の（1）の光路差の求め方がわからないです。「3枚目の図2での干渉は2枚目の図1と同じで2ndcosφになる」というのが理解できないです。どなたか教えていただけないでしょうか

24 波動 6 光の干渉 厚さd,屈折率nの透明な薄 膜が真空中に置かれている。 こ の薄膜に入射角0で波長の光 が入射し, その透過光が干渉に よって強め合うためには関係 式 (1) が成り立てばよい。 入射光 ただし,mは干渉の次数で正の整数とする。このとき,反射光は干渉 によって (2) いる。さて、次のような実験を行い, 屈折率nと厚 さdの値を求めたい。 透過光 薄膜 vel (1),(2) (3)~(5) ★ nt & Hint 反射光 d J まず, 入=682 〔nm〕 とし,入射角を45°にしたとき, 透過光が強め合 った。次に,入射角をそのままに保ち、1 を少しずつ減らし, 660 [nm] にしたとき,再び透過光が強め合った。 屈折率の値の変化は無視でき るので、初めの次数mは (3) とわかる。 また,1=682 [nm] に 保ち,入射角を45°から徐々に増して60°にしたとき, 透過光は再び強 め合ったとdの値を有効数字2桁まで求めれば, n= (4) d (5) 〔μm〕 となる。 (福井大)

(2)の問題で、点CでN＝0だと台車ってレールから離れていないんですか？

発展例題17 鉛直面内での円運動 2 図のような傾斜軌道を下り, 半径rの円形のレール を滑走する台車について考える。 台車の質量をm, 重 力加速度の大きさをgとし, 台車は質点として扱い, 台車とレールとの間の摩擦を無視する。 (1) 台車の出発点Aの高さをんとし, レールの円形 部分の頂点をCとする｡ ∠COB が 0 となる点Bで , Onia2 h レールが台車におよぼす力の大きさNを求めよ。 CORVE (2) 台車が点Cを通過するための,出発点の高さんの最小値ん。 を求めよ。 指針 (1) 力学的エネルギー保存の法則 を用いて,点Bでの速さを求め,台車の半径方 向の運動方程式を立てる。 (2) (1) の結果を利用する。 点Cで N≧0であれ ば,台車は点Cを通過できる。 すなわち, 高さ ん。 から出発したとき, 点CでN=0 となる。 解説 (1) 点Bの高さ は,図から,r(1+cose) と 表される。 点Bでの速さを ひとし,水平面を基準の高 さとして, AとBとで, カ 学的エネルギー保存の法則 を用いると, mgh=mv²+mgr (1+cose). 地上から見ると, 点Bにおいて台車が受ける力 は,重力, 垂直抗力である。 重力の半径方向の 成分の大きさは mg coseであり, 半径方向の rcoso 0 N B: mg mg coso A m 発展問題 212, 213,214 800 CIS ROB 0 O 運動方程式は v² matth img cos0+N...② r 式 ①② から” を消去し, N を求めると Jalmal Un JAD mg N=- (2h-2r-3r cos0) (2) 点Cでの垂直抗力Nは,(1) のNに 0 = 0 を 代入した値で表される。 また, 求める高さん。 は, 点CでN=0 になるときの値である。 (1) の結 LATAR 5 果から,20m2h-5r) ho=- FCC r. Q Point <Point ho=5r/2のとき, 点Cで台車の速 さが0となるわけではなく, ん。 は,力学的エネ ルギー保存の法則だけでは求められない。 N = 0 となるとき, 台車は, 点Cで重力を向心 力とする円運動をしている。

解説の7行目が分かりません。

例題 大腿四頭筋の収縮力は,腱を介し膝蓋骨によって方向をかえ, 脛骨に伝えられ けいこつ だいたいよんとうきん けん かい しつがいこつ る。大腿四頭筋が脛骨におよぼす力テは、下図のような配置のときに300N であった。膝蓋 骨が大腿骨におよぼす力の大きさと向きを求めよ。 (解答)図5で,右上30°方向に向かう力と右下70°方向に向かう力との合力を求める。 合力を幾何学的に求める方法は、図5に小さく挿入したが,解析的に求めるには次のように する｡ 右上30°方向に向かう力テと右下70°方向に向かう力の成分,y成分それぞれの和を 求めれば,次のようになる。 ΣF = T₁ cos 30° +T³ cos(−70 °) =300Nx(cos30°+cos(−70°)) = 362.4N Fy=Tsin30°+TB sin(−70°) =300Nx(sin30°+sin(−70°)) =-131.9N 合力の大きさは F = √362.4°+(-131.9) N=385.7N tan0 = であり,その向きは -131.9 362.4 :.0 = -20° =-0.364 ?? 膝蓋骨 TA \30° 大腿骨 170° ベクトル TB 脛骨の合成 図5 ひざにかかる力のつりあい 運動し (答: 385.7N,右下20°) 上のような問題では,略図を描いて考えることが大事である。 図 きれいに描く必要はない。 大事なことは,系の重要な部分が図中に され,解に関係するベクトルがすべて矢印で表わされていることで る。略図なしで問題を解こうとすることは、電話で将棋対局をする うなものであり,初心者のうちはやめておいた方がよい。

(2)と(3)は何が違いますか？ また、(3)解説お願いします

リード C 例題 3 速度の合成 流れの速さが2.0m/sのまっすぐな川がある。 この川を, 静水上を4.0m/sの速さで進む船 で川を直角に横切りながら、対岸まで進む。このとき, 川の流れの方向をx 方向, 対岸へ向かう 方向を方向とする｡ (1) 静水上における, 船の速度x成分を求めよ。 (2) 静水上における, 船の速度のy成分を求めよ。 (3) へさきを向けるべき図の角0 の値を求めよ。 ①. Q60 「ラーナー (2) 4.0m/s 60° R 指針 川の流れの速度と船(静水上)の速度の合成速度の向きが,川の流れと垂直になる。融の信や顔画 解答(1)船が川を直角に横切るとき, 船の速度のx成 7 PR=2.0√3 3.5107,58 分と,川の流れの速度は打ち消し合っている。 よって、船の速度のx成分は -2.0m/s ゆえに, 船の速度のy成分は 3.5m/s 別解 三平方の定理より PR=√4.02-2.0²=√/12=2√3=3.5 (2) 船が川の流れに対して直角に進 むので,右図のように, 船 (静水 上)の速度と川の流れの速度の 合成速度が,川の流れと垂直に なる。 ここで, △PQR は辺の比 1:2:√3の直角三角形であ る。 ひ P2.0m/s 第1章 運動の表し方 7 8. 速度の合成 静水上を4.0m/sの速さで進むボートが, 流れの速さ 3.0m/sの川を進んでいる。 次の各場合について, 川 岸の人から見たボートの速さを求めよ。 72.6 とする。 (1) 川の上流に向かって進むとき (2) へさきを川の流れに直角に保って進むとき ◆ (3) 川の流れに対して直角に進むとき ➡8 3.0m/s 解説動画 2.0m/s (3) (2)より 0=60° 注 川を横切る船はへさきの向きとは異なる向きに進 む。 BATERIGU O [注 √3=1.732･･･ や、 √2=1414･･･ などの値は覚え ておこう。 SNOSHOO.cam011 Andors al SOR\ CON am (1) (2) (3) (1) ARAD (E) 第1章

ピンクで線を引いてあるところがなぜそういう計算をしなくてはいけないのかわかりません。2つの速度の合成で計算しなくてもいいのでしょうか?

理) 基本例題 2 速度の合成 流れの速さが3.0m/s の川を, 静水時での速さが 6.0m/sのボートで移動する。 AB間の距離と川幅はい ずれも90m とする。 (1) 以下の場合について, ボートの速さ及び到達時間 をそれぞれ求めよ。 ① 流れと同じ向きにAからBへ向かう。 ② 流れと逆向きにBからAへ向かう。 (2) 以下の場合について, ボートの速さ及び到達時間をそれぞれ求めよ。 ②につい ては,ボートの先端をどの方向に向ければよいかも答えよ。 ① Aから流れと垂直の向きにこぎ出して対岸へ向かう。 (2) Aからこぎ出して, 対岸のCへ向かう。 考え方 24 解説 (1) ① 2つのベクトルを合成することにより, 合成速度を求める。 ボートの進む向きを正とする。 同じ向きのベクトルの合成なので, 右図より, ひ1 = 6.0+3.0 = 9.0m/s 90 到達時間は, = = 10s 9.0 ② 逆向きのベクトルの合成なので,右図より, ひz= 6.0+ (-3.0) = 3.0m/s 到達時間は、 = = 30s 90 3.0 (2) ① 垂直となるベクトルの合成なので、 右図より、 ひ3=√6.02+3.0=3.0√5=3.0×2.24 = 6.72 ≒ 6.7m/s ボートの速度の岸に垂直な成分は 6.0m/s なので 到達時間は, ts= =15s 90 6.0 別解 実際に船が進む距離をxとすると, 右図の三角形の相 似より, x:90=3√5:6 よって, x=45√5m 45/5 この距離をv=3√5m/s で進むので, t= = 15s 3√5 ② 右図より, 流れと垂直の向きから上流側に30°の向きへ先 端を向ける必要がある。 また, 合成速度 ひと到達時間は, √3 v=6.0 cos30° = 6.0 x -=3.0√3 2 = 3.0×1.73 = 5.19 ≒ 5.2m/s 90 3.0√3 3.0m/s -90m =10√3=10×1.73 = 17.3≒17s 2v₁ = 6.0√3 x=3.0√3=3.0×1.73 = 5.19 ≒ 5.2m/s t₁ = [別解 : 6.0=√3:2 6.0m/s 90 m B 6.0m/s 3.0m/s 6.0 m/s v2 6.0 m/s 90.m /30° V₁ V₁ 自己評価: 1 ABC 2ABC 3.0m/s \35 6m/s m/s 3.0m/s ▲ 3.0m/s V₂ 17

(1)で、なぜx座標は斜方投射の公式を使わないのですか？

今後の 7m のり im 基本例題 7 斜方投射 [物理 水平な地面から, 水平とのなす角が30°の向きに, 速さ40m/sで小球を打ち上げた。 図のようにx軸, y軸をとり,重力加速度の大きさを9.8m/s2 として, 次の各問に答えよ。 (1) 打ち上げてから 0.20s後の速度x成分 成分と、 位置のx座標、y座標を求めよ。 (2) 打ち上げてから最高点に達するまでの時間を求めよ。 10 (3) U.EE --------------------- 指針 小球は, x 方向には速さ40cos 30° m/s の等速直線運動をし, y方向には初速度 40 sin 30°m/s の鉛直投げ上げと同じ運動をする。 最高点に達したとき, 小球の速度の鉛直成分は 0 であり, 打ち上げてから地面に達するまでの時間 は,最高点に達するまでの時間の2倍となる。 解説 (1) 速度x成分,y成分は, ひx=40 cos 30°=40× -=20√3 =20×1.73=34.6m/s 35m/s o aval 地面に達したときの水平到達距離を求めよ。 MO 位置のx座標, √3 2 v=vosine-gt=40sin30°-9.8×0.20 =40x -1.96=18.0m/s 18m/s 12 36 SAC, yms.08 基本問題 40, 41,42 2835128. y 140m/s $\m 200 ··· 30° 30° (1) JA - X 地面 y 座標は, x=vxt=34.6×0.20=6.92m 1 29t² y=vosino.t- =40sin30°×0.20- - 1 2 6.9m ASTE S ×9.8×0.202 =3.80m 3.8m 求める時間は, y = 0 となるときであり, [m=vosine-gt」から、 小 るま 0=40sin30°-9.8×t t=2.04s 2.0s (3) 水平方向には等速直線運動をし,地面に達 するまでに (2)で求めた時間の2倍かかるので, x=vxt=34.6×(2.04×2) = 141m 1.4×10²m

(3)について 1/2mv^2が0以上でないと原点Oへ到達できないのはなぜですか？

A4 260. 電場とエネルギー■ 図のように, 平面上に原点O をとり,原点Oからそれぞれ4a はなれたx軸上の点A, Bに、いずれも+Q(Q>0)の点電荷を固定する。 クー ロンの法則の比例定数をkとして,次の各問に答えよ。 (1) (0, -3a) の点Cに,電荷+q(g> 0), 質量mの小 球を置くとき、小球が受ける力の大きさを求めよ。 小球が受ける重力は無視する。 (2) 電位の基準を無限遠として,点A,Bの電荷による原点Oと点Cの電位を求めよ。 (3) (1) の小球を, 点Cからy軸に沿って発射し, 原点0へ到達させるためには,点Cで 発射する速さをいくら以上にする必要があるか。 (4) (3)で求めた最小の速さの2倍で (1) の小球を点Cから原点Oに向かって発射した とき、無限遠で最終的に獲得できる速さを求めよ。 V3 (高知大改) 例題25 +Q -4a- A fa 例題25) 4a +Q 3a coa B x 第Ⅰ章 電気