解説お願いします‼︎ 他の問題もお願いします！

C 7 質量3m, 長さlの棒の一端Aを鉛直なあらい壁にあて,他端B と 壁面Cを糸で結ぶ。 この棒に質量2mのおもりをAから一 lの点Pに 3 4 下げたら, 棒は水平で糸は棒と30°の角をなして静止した。 糸の張力を T, 点Aにおいて, 棒が壁から受ける垂直抗力を N, 壁から受ける摩擦力をF とする。 重力加速度の大きさをgとして T,N, F の大きさを mg を用 いてそれぞれ表せ。 ただし、この問題では根号はそのままにして答えよ。 A 3 4 糸 I 30° P O2m B

(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

142 熱 49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔mol]の 単原子分子の理想気体が入っていて、圧力と温 TOK] は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は 〔kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており、容器の底からの高 さはLQm] である。 気体定数をR [J/mol・K], 重力加速度(m/s²] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ, 温度が T1 [K] になったときM が上に動き始めた。温度 T と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け高さが2.2L[m]となった。このとき の温度 T [K] を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W 〔J〕 と気体に加えた熱量 Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして,外力を加えてMを ゆっくりと押し込み、元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T3 〔K〕 を求めよ。 また, このとき気体がされた仕事 W 〔J〕 を求めよ。 ただし、この断熱変化の過程では圧力と体積Vの間に (京都工繊大) はPV =一定の関係がある。 Base M ヒーター 10000 Cv= Level (1), (2)★ (3)★ Point & Hint (1) 前後の状態方程式と、ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では, 気体がする仕事 = PAVとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 γは比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので,y= =1/12/2/12/2R=7/3/3 となっている。あとは第1法則の問題。 5 h= 単原子分子気体 nRT U= 3 5 = 2R CP=R 2 ※ この3式は「単原子｣のとき LECTURE 初めの気体の状態方程式は ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = nRT …..……② (1) そして,このときのピストンのつり合いより PS = Pos+Mg...... ③ T₁=To+ _MgL nR4 ①〜③ より 定積変化だから より (2 そして (2) Pi での定圧変化が起こる。 状態方程式より P₁S³/L=nRT₂ また, Q=nCvAT= PSL = nRTo ...... ① T₂ = ³2 T₁ = 3 (To+ MgL nR W2 = Pi4V = Pi P.(S. 3/L-SL) Q2=nCpAT = n 状態方程式より 5 2 第1法則より より 49 熱力学 nR(T₁-To) = MgL 2 2 T3= ③ -T₁ (3) 高さまで押し込んだときの圧力をP3とすると P.(S-L)* = P.(SL) P3= 3 PS を用いて. Ws = Mg AU』を調べ ( 4U2=2R(T-T)) 第1法則 4U2 = Q2+(-Wa) を用いて Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ =1/12P.SL=1/12nRT=1/12(nRT,+MgL) ②を用いた .. T = n. 52 R (T₂ - T₁) = (nRT. + MgL) 143 ピストンが動いて も上図の状況は変 P.S わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 'P・SL = nRT3 ...... ⑤ - (3) ³T = (3) (T. + MgL) 'T nR 2nR (T₁-T₂) = 0 + W₁ P1 = (2)(2)-1) (nRT. + MgL)

(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔[〔mol] の 単原子分子の理想気体が入っていて, 圧力と温 度TOK]は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は Mi [kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており, 容器の底からの高 さはL][m]である。気体定数をRJ/mol・K], 重力加速度を[m/s2] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ、温度が T1 〔K〕 になったときM が上に動き始めた。 温度 T1 と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け、高さが12/23L 〔m] となった。このとき の温度T2 〔K〕を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W2 〔J〕 と気体に加えた熱量Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして, 外力を加えてMを ゆっくりと押し込み, 元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T 〔K〕を求めよ。 また,このとき気体がされた仕事 W [J] を求めよ。 ただし, この断熱変化の過程では圧力Pと体積Vの間に は PV 3 =一定の関係がある。 (京都工繊大) Base 771 3 Level (1),(2)★ (3)★ Point & Hint Cv= Cp= ※ この3式は「単原子｣のとき (1) 前後の状態方程式と, ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では,気体がする仕事=P⊿Vとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 ♪は比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので, y = = 12/12/12/2=121238 となっている。あとは第1法則の問題。 M -R ヒーター 10000 単原子分子気体 3 U= -nRT 2 5 R LECTURE (1) 初めの気体の状態方程式は PSL = nRTo ...... ① ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = RT ...... ② そして、このときのピストンのつり合いより PS = PS+Mg..... ③ MgL Ti = To+ nR QinCvAT=- R(T₁-To) = 32 MgL ① ~ ③より 定積変化だから P1での定圧変化が起こる。状態方程式より PS・・ S/L=nRT2 4 (2) より そして そ T₁ = 3 T₁ = 2 (T. + Mg L nR W₁ = P₁AV = P₁ (S. 3/L-SL) より 49 熱力学 状態方程式より (3) 高さまで押し込んだときの圧力を P3 とすると B 第1法則より PS T3 = Mg また, Q2=nCAT=n212R(T2-T)=(nRT+MgL) 4U』を調べ ( 4U2=220R (T-T) 第1法則 4U2 = Q2+(-W)を用いて 4U₂ Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ 143 P.(SL) = P.(SL) ( ∴. P3= P1 PS ピストンが動いて も上図の状況は変 わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 =1/23PSL=/1/2nRT=1/12(nRT+MgL) ②を用いた (2) *P₁.SL = nRT .... (3) ³T₁ = (3) ³( T. + MgL) 'T= nR 2nR(T₁-T₂) = 0+W₁ W₁ = (2) ² (2) ³-1} (nRT. + MgL)

解答解説も載せています (6)が分かりません Bがすべりだす条件だからf=μ3NBではないのですか？ 自分の考え方、解答は何が間違っているのか教えていただきたいです

自習問題 3 以下の文章中の空欄に適当な式を入れよ.なお, 重力加速度の大きさをgとする. 図1のように、 あらい水平な床面に質量 2mの直方体の物体Aが置かれ,その上に質量mの直 方体の物体Bが置かれて静止している ここで, A と床面の間の静止摩擦係数を μ-1, 動摩擦係数 12, AとBの間の静止摩擦係数をμ3) 動摩擦係数 Ma とし, これらはそれぞれ1より小さ い. このときBはAから大きさ (1) の垂直抗力を受け, A は床面から大きさ (2) の垂直抗力を受けている。 次に図2のように,Aと質量3mのおもりCを伸び縮みしない糸でつなぎ, その糸をなめらか な滑車にかけ, A を水平に引くようにして, 静かにCから手を離したところ, AとBは一体と なって動きはじめた。 このとき A の床面に対する加速度の大きさは (3) 糸の張力の大き さは (4) であり, B にはたらく摩擦力の大きさは (5) である。さらにCの質量を少 しずつ大きくしながら同様の実験をくりかえしたとき,BがAの上をすべりはじめるのは, Cの 質量が (6) をこえた場合である. このときすべりはじめたBの床面に対する加速度の大き さは (7) となる. A B 69 2016(E) 図1 B 15- 図2 C

この問題の(2)は、v＞0で式を立てても解答通りの答えにならないのですがそれは何故ですか？

基本例題15 鉛直面内の円運動 図のように、なめらかな斜面と半径rのなめらか な半円筒面が点Aでつながっている。 質量mの小 球を点Aからの高さんの斜面上の点Pで静かには なしたところ、小球は面にそって運動し,最高点B を通過した。 重力加速度の大きさをg とする。 (1) 点Bを通過するときの小球の速さを求めよ｡ (2) 点Bを通過するために, hが満たすべき条件を求めよ。 計 最高点Bで受ける垂直抗力が0以上であれば, 小球は点Bを通過できる。 答 (1) 点Aを重力による位置エネルギーの 基準とし、点Pと点Bの間で力学的 エネルギー保存則を立てると m-N-mg=0 0+mgh=12ma²+mg.2r よってv=√2g(h-2r) (2) 点Bで小球が円筒面から受ける垂直 抗力の大きさをNとする。 小球とと もに運動する観測者から見ると,点 Bにおいて小球には重力, 垂直抗力, 遠心力がはたらき, これらがつりあ っている。したがって r よって 1² N=m² -mg r 2g(h-2r) ア =m- 58,59,60,61 ・mg 0 B 17 B mg N = ( 27-5) mg N≧0であれば、小球は 面を離れずに点Bを通過できる。 したがって her 5 N= (27-5) mg ≧0 ゆえに 1/2 46 え。 (1) (2) (3) (4) (5) (1) し [ (

よろしくお願いします！式、解き方が知りたいです。

42. 鉛直と水平の比率が3:4のなめらかな斜面をもった台の上で、 軽い糸 を用いて質量mのおもりを図のように静止させた。 糸の張力の大きさ T と,台からおもりが受ける垂直抗力の大きさ N とする。 (1) 台が静止している場合を考える。 水平方向と鉛直方向のそれぞれにつ いて力のつりあいの式をたてよ。 また, それを解くことでTとNの値 をそれぞれ文字mg を用いて表せ。 (2) 台が水平右向きに大きさαの加速度で移動している場合を考える。 加速度の大きさが小さいとき, おもりと台とはずっと同じ点で接したままであった。 ① おもりは,どちら向きにどんな動きをしているか答えよ。 ② この場合の糸の張力の大きさT と, 台からおもりが受ける垂直抗力の大きさ N を、 それぞれ文 宇m,g,aを用いて表せ。 ③加速度の大きさがある値よりも大きくなると、糸がたるんで台とおもりの接点が斜面の上 方向へとずれていった。 この境となる加速度の大きさ の値を求めよ。 (3) もとの状態に戻して、 今度は台を水平左向きに加速させる。 この加速度の大きさがある値 92 よ りも大きくなると, おもりが台から離れて浮き上がる。 α2 の値を求めよ。

この問題どういうふうに運動してるのか全然わからないです 教えてください🙏

** 44 【4分･8点】 半径Rの輪と穴のあいた質量mの小球がある。小球は輪 に通されており, 輪に沿ってなめらかに動くことができる。 図のように, 輪が中心を通る鉛直な軸のまわりに一定の角 速度ωで回転している場合,小球にはたらく力のつりあい を輪といっしょに回転する立場で考える。輪に対する小 球の位置は,角度0で表し,重力加速度の大きさは 」 とす る。工人 ① mRw²² 〆問2 (1) g V2R g authenits VR §7 慣性力 4問1 (問1 小球が位置 0 にある場合, 小球にはたらく遠心力の大きさはいくらか。 ② m Rusin0 ③mRw² cost ④ mRw&tand 小球が0=60°の位置に止まっている場合, wはいくらか。 2g g ©√²22 @ 2√2/2 ③ ④2人 VR R W 61 R RS ROY00-000098 m

なぜ(1)と(2)で力の成分を違う風に分けるのですか？ (2)も(1)のようにできると思ったのですが。。。

ここがポイント 58 振り子の運動では力学的エネルギーが保存される。また,おもりとともに運動する観測者から見る と遠心力がはたらき, 円運動の半径方向について力のつりあいが成りたつ。振り子の糸にそった方向 の力の成分を考える。 解答 (1) おもりには重力 mg, 糸a が引く力S1, 糸bが引く力fがはたらく。 a 0 a S1 力のつりあいより 水平方向 : Sisin0-f=0 鉛直方向 : S cos0-mg=0 mg ②式より S1=- cos A (2) 糸bを切るとおもりは円運動を始める。 おもりとともに運動する観測者から見 ると, おもりには遠心力がはたらき, 糸 にそった方向について力のつりあいが 成りたつ。 糸bを切った直後は, おもりには重力 mg, 糸a が引く力S2がはたらく。 お 図b もりの速さは0であるから, 遠心力は0である。 糸にそった方向の力の つりあいより S2-mg cos 0=0 よって S2=mgcos o 0 S₁ sin a Sicoset b f S₂ mg sin 0 mg mg mg cose 0 別解 糸にそった方向 の運動方程式を立てると

写真の問題の解き方を調べたとき 最高点で少しでも速さがあればいいことからホワイトボードに書かれたやり方はわかるのですが、なぜ模範解答の(1/2)mv0²>mg×2rという式からも求まるのですか？ ((1/2)mv0²=mg×2rのとき最高点で止まるイメージがピンとこないの... Read More

52 長さの軽い棒の端に質量mの小球Pを取り付け、他端を 中心にして鉛直面内でなめらかに回転できるようにした。 最下 点でいくらの速さを与えれば一回転するか。 52 最下点での速さをv とおくと, 最 高点での位置エネルギー mg・2r が必要 だから -mv²>mg.2r :. v>2√gr 等号のときは最高点で止まってしまう ので除外した。 TE <物理のエッセンス P53> 52. m ひ。 ひより √v₂²2²-1gr >0 vo²-4gr>0 Vo > 4gh Vo > 2√gr t — muo² = mg_2+ + / -mv² 2 b2=Uo²-4gr 2 V = √√₂³² - 4gr 棒 Pom

高校物理基礎の問題です。 加速度運動する斜面にある物体の問題なのですが…(1)の求め方が理解できません。垂直抗力は重力を分解して求めると習ったことがあるため、mgcos30°かと思ったのですが、答えは2/√3mgでした。なぜでしょうか。

08 787 (2) エレベーターが上向きに一定の加速度で運動しているとき､ 台はかりの指針が9.0kgの目盛りを指した。 エレベーター の加速度の大きさはいくらか。 (3) (2)のように台はかりの指針が､エレベーターが静止してい るときよりも大きくなるのはエレベーターがどのような動きをしているときか。 「エレベーターが動く向き」 「速さ」の2つの言葉を使って説明せよ。 「加速度」 という言葉は使ってはならない。 ただし, エレベーターは鉛直方向にしか動かな いものとする。 186 加速度運動する斜面上に静止した物体 水平となす角 加速度 30°の滑らかな斜面上に質量mの小物体を置き, 斜面を一定 の加速度で水平方向に運動させたところ, 小物体は斜面に対 して静止していた。 重力加速度の大きさを」とする。 (1) 小物体に斜面からはたらく垂直抗力の大きさを求めよ。 (2) 斜面の加速度の大きさを求めよ。 87 滑る板上の物体の運動 滑らかな水平面上に静止してい る質量Mの大きな板の上に質量mの小物体を置き, 小物体 に右向きの初速度を瞬間的に与えた。 小物体と板の間の 動摩擦係数はμ', 重力加速度の大きさはgである。 小物体 ↓ ut till to t=0s 0S 右図の右向きを正の向き 130 PPG Jos 小物体」 M 水平面 正の向き 板1