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Physics Senior High

物理の力学についてです。 このEXで(1)は分かるのですが(2)について、物体が衝突しているのにも関わらず力学的エネルギー保存則が立てられるのは何故ですか?

64 カ学 VI 運動量 Eトク 等質量の弾性衝突では,速度が入れ替わる。 77の答えが出たら, M=mとしてみると分 かる。たとえば,Qがはじめ静止していると。 衝突してきたPが止まり,Qがりで動き出 65 解(1) Pがばねを押し縮めると同時に,Qは 止まった u ばねに押されて動き出す。ばねが最も縮 んだときとは,Qから見て接近してくる Pが一瞬静止したときでもある。 つまり,相対速度が0となるときだ。し たがって,このときQの速度も いである。 Omの 相対速度0 すことになる。 Qから見た Pの運動 A 78* なめらかな床上に,質量 Mの板が,ばね定数k のばねで結ばれて置かれている。質量m(<M/2) の物体が速さで板に当たるとき,ばねの縮みの 最大値はいくらか。衝突は瞬間的とする。 (1) e=0 (2) e=号の場合について求めよ。 P.Qの速度は同じ M. 運動量保存則より mus=mu+Mu m ひ= m+M m U。 O→ 00000 トク 2物体が動いているとき, “最も……"は相対速度に着目 保存則の威力 (2) 力学的エネルギー保存則より りっきゃく mM = VR(m+M) 力学的エネルギー保存則,運動量保存則とも運動方程式に立脚している。 しかし,保存則は運動方程式を超えた力カを秘めている。たとえば,滑らかな 曲面をすべり降りたときの物体の速さや, 衝突の問題では運動方程式を用い ても事実上解けない。ただ,保存則には適用条件があることは常に意識して Sよっと一言 ここでQ上の人に保存則まで用いさせてはいけない。保存則や 運動方程式は静止系(あるいは慣性系)で用いるべきもの。 ただし,次章で扱う慣性力の効果まで考慮すれば加速度系で用い ることもできる。 おかねばならない。 摩擦,抵抗なし(保存力以外の力の仕事=0) → カ学的工ネルギー保存則 衝突·分裂(物体系について外カ=0) (3) Qの速度をUとすると 運動量保存則より mvo=mu+ MU …0 →運動量保存則 ばねは自然長に戻っているから,力学的エネルギー保存則より 力学的エネルギー保存則は仕事を,運動量保存則は力を条件にしていると いう違いがある。両者はまったく独立な法則であるが,両立することもあり, 連立的に解くタイプは概して難問となる。が,パターンを心得ていれば,取 扱いはむしろ一本調子だ。猛犬を手なずけて忠犬としてしまおう。 mーmM …2 mus Uを消去して整理すると (m+M)u*-2mvsu +(m-M)v=0 2次方程式の解の公式より m土M m+M u=。とすると, ①よりU=0 となって不適(ばねに押されたQは右へ動 いているはず) EX 滑らかな水平面上に質量Mの球Qがばね定 数kのばねを付けられた状態で置かれている。 左から質量mの球Pが速度。で進んできた。 (1) ばねが最も縮んだときのPの速度ひを求めよ。 (2)ばねの縮みの最大値!を求めよ。 (3) やがてPはばねから離れた。Pの速度uを求めよ。 m-M」 テ=n m+M% Vo m High (3)はP, Qがばねを介して級やかな衝突をした後と見てもよい。エネル ギーを失わない弾性衝突だから,e=1の式 u-U=ー(to-0) を②の 代わりに用いるとずっと速く解ける。

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Physics Senior High

至急⚠️⚠️⚠️ マーカー部分について質問です。なぜ、問いは「LED2に流れる電流を求めよ」なのに、解答ではLED1の曲線との交点を求めているのですが?

17.(発光ダイオードを含む直流回路〉 大量 最近では高輝度なフルカラーの大型ディスプレイ が街の至る所で見られている。これは赤·緑·青の 光の3原色の発光ダイオード (LED) を使い,これ らの発光色を足しあわせることによって実現される。 ここでは赤色LED1と緑色LED2の2種類を考 える。これらを同じ強度で光らせると黄色の発光が 観測される。 図1はLED1とLED2の電流-電圧特性をそれ 2れ表す。ここでは電流が流れればLEDが発光し、 その発光強度は種類によらず, 消費電力に比例する ものとする。ただし, LEDに流せる電流はともに 1.0Aまでとし, それをこえるとLED が壊れてしま 1.2 I=1.2-0.40V LED1; LED2] 1 0.8 0.2 0 0 電圧 V(V) 図1 う。 (A] 図2は2個の LEDを起電力カEの電池と抵抗値rの 2個の抵抗で並列につないだ電気回路である。 ここで電 池の内部抵抗は考えないものとする。LED1と2の両 端に加わる電圧をそれぞれ Vi, V2, 流れる電流をそれぞ れL, Iaとする。 (1) EをIムと Viとrを用いて表せ。 次に E=3.0V, r=2.5Ω とすると, IL[A] と Vi[V] は Iム=1.2-0.401Vi の関係式となり, 図1の直線で表される。この場合, LED1 の曲線と直線の交点がLED1に流れる電流とその両端の電圧になる。 (2) LED1に流れる電流I」[A] を求めよ。 (31 LED2に加わる電圧 V2[V]を求めよ。 (4) LED 2 の消費電力を求めよ。 (5) LED1の発光強度は LED2の発光強度の何倍か求めよ。 (B] [A] の場合に合成した2色の LEDの発光色は赤色の成 分が多いので, 黄赤色の LED発光であった。次に緑色成分の 多い黄緑色のLED発光色を実現するために, 図3のように LED1と LED2を直列に接続し, 電池を 8.0Vにした。また, 抵抗は LED が壊れないように取りつけた。 'LED が壊れないための抵抗値r[Q] の最小値を求めよ。 最初に,図1からわかるように電流が流れている場合には LED1に加わる電圧 1V4[V] と LED2に加わる電圧 V2[V]の間には V2=Vi+1.0 の関 係がある。ここで r=2.5Ω とする。 スル E- 250 2.52 Vi V。 LED1 LED2 図2 10.44 LED1 V V E 8.0V LED2 図3 の回路を流れる電流Iと電圧 1V.の関係式を求めて, 図1にそのグラフをかけ。 WLED2に流れる電流を求めよ。 9 LED2の発光強度は LED1の発光強度の何倍か求めよ。 (20 大阪工大) d,H 電流IA

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