🆘緊急です。明日テストなので答えてほしいです ⑶で、【重力は万有引力と遠心力の合力】というのはわかるのですが、ルートを取るのはなぜですか？ ⑷ではルートを取ってないのにわかりません！！

確認問題 緯度と重力加速度 際には 地上にある質量mの物体Pにはたらく重力Wは,地球から受ける W 遠心 きる。 万有引力Fと地球の自転による遠心力F の合力で表される。 地球 を質量 M, 半径Rの球とし, 万有引力定数をG とする。 図は地球 の断面を示している。 北極 N 物体P 地球の中心 赤道上 の点E (1) 物体Pは緯度の地点にあるものとする。 地球の自転の角速度 とするとき, 物体Pに生じる遠心力F' の大きさをm,R, 0, ω の中から必要なものを用いて式で表せ。 南極 S (2) 物体Pと地球との間に生じる万有引力Fの大きさを,G,M,m, R, 0, ω の中から必要なものを 用いて式で表せ。 (3) 物体Pに生じる重力加速度の大きさgを,G,M,m, R, 0, ω の中から必要なものを用いて式で 表せ。 (4) 物体が赤道上の点Eにあるときの重力加速度の大きさを gE, 北極にあるときの重力加速度の大 きさを とする。 両者の差 4g=gNEをRとを用いて式で表せ。

ㆍ物理の等速円運動の加速度のところです。 ㆍ？ᆢ写真２枚目の２行目のオレンジ線の部分vωはどのから導けるかがわからないので教えていただけると助かります。

運動の加速度(PAL) B 周期と回転数 period r 27 等速円運動する物体が回転する時間を周期という。等速円運動の 半径を [m], 速度を w [rad/s], 速さを v[m/s], 周期をT[s] とする と、1回転したときの物体の移動距離は円周 2[m] であるから (πは円 2周率)(60)を用いると次の式が得られる。 @a き 270 2π と TU (T) T= ビー W= ‣ p.65 r (61) v=rw (60) ①秒 当たりの回転の回数を回転数という。回転数の単位にはヘル 記号を用いる。 回転数 [Hz] と周期 T の関係は次のようになる。 wwww れ n = ①回転する時間 (62) また,(61),(2)式より, ωとnの関係は次のようになる。 w = 2πn w ✓ 問20 半径 0.40mの円周上を1分間に15回転する等速円運動を考える。 このときの 周期 T[s],回転数 n [Hz], 角速度 [rad/s], 速さ [m/s] を求めよ。 (63) C 等速円運動の加速度 等速円運動では,速度の大きさ(速さ)は一定だが,その向きは常に変 化しているので、速度自体は変化している。つまり,加速度が生じてい る。この加速度 [m/s] を求めてみよう。 p.12~13 ④=wt 図52 ③のように,半径 [m]の円周上を角速度[rad/s] で等速円運 |動する物体を考える。 時間 4t[s] の間に角40[rad〕 (= w4t)だけ回転し, 速度が [m/s] から [m/s] になったとする。 このとき,速度の向きも 10 だけ回転するので,とのなす角は40である(同図⑥)。 JAA 経過時間 4t を短くしていくと, 40も小さくなっていく。このとき, 速度の変化に垂直な向き, すなわち、円の中心を 向くようになる。 等速円運動の加速度は,a 40→おわつはのめ At で与えられるから おわりひ と同じ向き,すなわち、円の中心方向を向く(同図◎,③)。 1回転するときの角は2πrad(=360°) なので、これを角速度で 期Tが求められる, と考えることもできる。 2 回転の回数や回転角はいずれも無 次元は[TJ]であるし て周 しまじめ 5

(3)の問題で、どうして①の向きに進むのかが分かりません。どのようにして①の向きの力が加わってるんですか？

建物の力 2 JRmrw²=mgtand m (Ltand) w2=mgtan0 g 2π L W= T= 周期は、 =2 L W g (3) おもりがばねから外れると、 向心力がなくなり、 おもりはその地点 から水平に飛び出す。 等速円運動をしていたおもりの速度の向きは、 円軌道に接する方向で、回転していた向きである。 これがおもりの飛 び始める向きであり、 ①となる(図2)。 10- めることもできる。 mg F.sin0= •sin0 coso =mgtano 速度の 向き 図 2

(2)(3)についてです。 この二つの問題は単振動のエネルギーの考え方で解いても大丈夫でしょうか？ 御回答よろしくお願い致します。

基本例題31 単振動の式 図のように, 質量 1.0kgの物体が, 原点Oを中心と して, x軸上で振幅5.0mの単振動をしている。 基本問題 224 225 226 227 Q P x=3.0mの点Pにあるとき、 物体は12Nの力を受け ているとする。 -0.50 O 3.0 x[m] (1) 単振動の角振動数と周期を求めよ。 (2)物体が点Pにあるとき、 その速さはいくらか。 (3) 振動の中心を通過するとき、物体の速さはいくらか。 (4) 物体がx=-0.50mの点Qにあるときの加速度を求めよ。 (5) 物体の加速度の大きさの最大値はいくらか。 sin' wt+cos'wt=1から, coswt=± @ 点Pでの速さは, 指針 単振動の基本式を用いて計算する。 (1) 運動方程式 「F=-mwx」 から角振動数 を求め, 「T=2π/w」 から周期を計算する。 (2)(3) x=Asinwt」 を用いて sinwt を求め, coswt を計算し、 速度を示す式 「v=Awcoswt」 から算出する。 また, 振動の中心では速さが最 大になる。 (4)(5) 「a=ω'x」 を用いる。 加速度の大きさ が最大となるのは,振動の両端である。 -12=-1.0×w2×3.0 解説 (1) 運動方程式 「F=-mw'x」 に, 点Pでの値を代入すると, w²=4.0 w=2.0 rad/s 周期は, T=- 2π 2π w 2.0 ==3.14 3.1s (2) 変位xを表す式 「x=Asinwt」 から, 3.0=5.0sinwt sinot = 3/ 5 4 v=|Awcoswt|=5.0×2.0× =8.0m/s 5 (3) 振動の中心では,物体の速さが最大になる。 v=Aw=5.0×2.0=10m/s (4) 加速度と変位の関係式 「a=-ω'x」 を用い と, a=-2.02×(-0.50)=2.0m/s2 右向きに 2.0m/s2 (5) 振動の両端で加速度の大きさが最大となる。 a=Aω²=5.0×2.02=20m/s2 Point 単振動の特徴 単振動において,振動の中心では,速さが最大. 加速度および復元力の大きさが0となる。また, 振動の両端では,速さが0. 加速度および復元 力の大きさが最大となる。

この公式は向心力じゃないんですか？遠心力は-ついたりしないんですか？

長さの糸の上端を固定し,下端に質量mのおもりをつ 水平面内で等速円運動させる。 糸が鉛直線となす角 を0とし,重力加速度の大きさをg とする。 どのような運動に見えるか。 (1) おもりとともに回転する観測者から見ると, おもりは m (2) 円運動の周期Tを求めよ。 指針 (1) 重力と糸が引く力と遠心力がつりあっている。 解答 (1) おもりは静止しているように見える。 0 (2) 円運動の半径はr=lsino である。 S おもりとともに回転する観測者から見ると, 重力 mg, Scose 糸が引く力S, 遠心力 「F=mrw?」 の3力がつりあっ ている。よって, 力のつりあいの式は r mrw² Ssine 水平方向: Ssin0mlsin0w²=0 …...① 鉛直方向: Scos0-mg=0 ② ①,②式より S=_mg g W= COS ' coso 周期の式「T=2」より 2 I cos 0 W g 基本例題 36 鉛直面内の円運動 (r=/sin0) [参考] 地上に静止している観測者の立 \ 場で考えると等速円運動の運動 方程式は mrw=Ssin0 となる。 166,167,168,169 解説動画 mg 図のように, なめらかな斜面

58の円運動の方程式でcosとsinが一緒になっててなんかあんまりよくわかんなくて水平方向と鉛直方向？この式の作り方教えてください😭

者の では、 測者 ON, たら いる 58 等速円運動の中心位置 力のつり合う方向 摩擦力のはたらく向き 棒に通された小球の円運動のテーマー 運動 105 '00円+税10%) [滑り上がる直前] 地上に静止した観測者の立場で解答する。 角速度を大きく ① W 0 u N していくと,やがて小 球は棒に沿って滑り上 がる。滑り上がる直前 の角速度とする。 滑り上がる直前の摩擦力だから、向きは棒に 沿って下向き、大きさはμNになるよね。 Cos mg (白衣 棒に重 W2 棒に沿って下向き a=F=rW2 円運動の方程式 (水平方向) mrw = Ncose+ μ Nsin 力のつり合い (鉛直方向) Nsin0=μ Ncoso+mg 10 mg N=- あ 円運動の加速度は図の点0を向い ているので、運動方程式は加速度と 同じ方向の水平方向で立てる。 ……② ②´ 小球は水平面内で運動しているの で,小球にはたらく鉛直方向の力は つり合っている。 sino-ucose ②①に代入 mr wi 2 _mg(cost + μsin 0 ) sinoμcoso g (cose + μsin0 ) W 1 r (sino-ucose) (0ml3 2N2 DE はこむ/10 M QはさむとCO 0090=3 (90'-Q) 2N2 Cos(90) =sind= 2N2 3

(2)についてです。 衝突直後の、Bの波線に垂直な方向の速度の向きはどのようにして分かりますか？ 御回答よろしくお願い致します。

205. 平面上での衝突 水平な氷の表面 上で静止している円盤Aに, 円盤Bが衝 突する。 A,Bはともに質量mで側面 はなめらかであり, 底面は粗いとする。 重力加速度の大きさをg, A,Bと氷の 間の動摩擦係数をμ' とする。 A A x 0 T I 図1のように, Bがy軸と平行な線上 を正の向きに進んできて, 原点に静止し ているAと衝突する。 衝突する直前のB 図 1 B の速さを”とし, AとBの間の反発係数を1とする。 次の各問に答えよ。 図2 B (1) 図2のように, 衝突する瞬間の円盤A, B の各中心を結ぶ線分とy軸のなす角を0 とする。 衝突する直前のBの速度ベクトルの, 破線 (A, B の接触点において各中心を 結ぶ線分と直交する線)に垂直な成分と, 平行な成分をと0を用いてそれぞ れ表せ。 ただし, 図2のひとの向きを,垂直方向と平行方向のそれぞれの正の向 きとする。 (2) 衝突した直後のAの速度ベクトルを, 破線に垂直な成分 wm と平行な成分 w に分 解したとき,wn と w, をそれぞれ求めよ。 ただし, 垂直方向と平行方向のそれぞれの 正の向きを (1) と同じとする。 (3)衝突して動き出したAが静止するときの, Aの中心点のx座標, y座標をそれぞれ (東京都立大 改) 求めよ。

この問題の(1)において、参考書では鉛直方向で考えて S=mg/cosθと出していますが、僕のように考えてS=mgcosθとなっちゃう場合もありませんか？ なにがダメなのか教えて欲しいです🙏

216 Chapter 8円運動 8-4 問8-4 角速度で回転する円板に, 支柱を取りつける。 質量mのおもり おもりに糸をつけ、支 柱の頂点に結びつけたところ, 支柱と糸は角度をなして静止した。おもりと回転 の中心の距離をとし、以下の問いに答えよ。 ただし重力加速度の大きさをgとする。 (1)糸の張力の大きさを,m, g, 0を使って表せ。 (2) 遠心力を考慮し、物体にはたらく水平方向の力のつり合いの式を立て (3)おもりの円運動の運動方程式を立てよ。 さて、遠心力の考えかたを身につけるべく問題を解いていきましょう。 (2),(3)が大事な問題ですから、しっかり理解してくださいね。 人も、 <解きかた (1) m, g, 0で表すので、 鉛直方向に注目しましょう。 糸の張力の大きさをSとおくと, おもりにはたらく鉛直方向の力のつり 合いより Scos8=mg S= mg_ ・・・答 cose のです (2)「遠心力を考慮し」とあるので、おもりに観測者を乗せて考えます。 観測者は円運動することになるので, 問8-4 W 73 (1)鉛直方向の力のつり合いを考えて Scos0=mg S= mg COS O ・ om 円板が 回るんだね SS cos 0 0: mg 回転の中心に向かって加速度=”で運動しているということです。 観測者からすると,おもりには慣性力ma=mrw²が回転の外向きにはた 休には らいて見えます。 Ssin Omru S sin 0 mrw2 20 大 a=rw また、おもりには糸の張力がはたらくので、力のつり合いより Ssine=mrw2 sine cose (1)の結果より Ssin0=mg =mgtane よって mgtan0=mrw² (3)おもりにはたらく向心力は Ssine で、角速度w 半径の円運動をするので Ssin0=mrw mgtan0=mrw2 (2)と(3)を比べると同じ式になりましたね。 遠心力は円運動の慣性力です。 しっくりこない人はChapter7 を復習して, 理解を深めておきましょう。 Ssin=mrw² w mg cos0 mgtan0=mrw2 どちらも結果の式は 同じだが,考えかたが 違うんじゃ おもりの上に観測者を乗せて 考えると,F=mrw の遠心力 を上図のように受けるので 力のつり合いより おもりは回転の中心に向心力 Ssin を受ける。 円運動の 運動方程式より Ssin0=mrw2 www F m ma mg tan 0=mrw² ここまでやったら 別冊 P. 40~

57です。ここでのバネの伸びというのはPがもう一度Mに当たった時のことですか？その場合Pの質量も入る気がするのですが、なんでMだけなのですか？

M 53 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 点でいくらより大きい速さを与えれば一回転するか。 長さの糸に小球Pを取り付け、他端Oを 指で止める。糸を水平にしてPを放すと, P は最下点Aを通り, 60°の位置Bまで達した とき, 0端の糸を放す。 A, B での速さとP が達する最高点の高さ (Aの位置からの高さ) んを求めよ。 55 滑らかな水平面上で, ばね定数のばねに結 ばれた質量mの小球Pを自然長の位置Oから だけ引いてAで放す。 0での速さ, OA の中点での速さ 02, およびばねの縮みの最大 値 xm を求めよ。 P 0 60° -"B V エネルギー 53 求める仕事は 棒 Pom ng √ Fol¬µl(mg−Fo)= ½-½mv² W=-μN×1=-μl(mg-12) 52 「仕事=運動エネルギーの変化」 より Wi+W2 + Ws + W= =1/12m02-0 力学 55 1/12m+1/2kx定より 1½ kl²=1mv₁² .. ひ m ½ kl²=mv²+1k (1) ひ2= l3k 2V 13 v= (√3+μ) Fal-2μgl ばねが最も縮むのはPが一瞬静止す るときだから m k P 00000000000 0 A 実は、この問題は41と同じ内容であ る。 41で求めた加速度α を用いて v2-022al からもが得られること を確かめてみるとよい。 :.xm=1 1→ 56 自然長までは板とPを一体化して 考えればよい。 自然長での速さをひと すると 56 ばね定数kのばねに質量Mの板を取り 付け, 板に質量mの小球Pを接触させ, ばねをしだけ縮ませてから放す。Pは自然 長で板から離れ, 水平面から曲面へと上 k 53 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 kl²=(M+m)vo² k . vo=√√M+m mv,²> mg. 2r v>2√gr がっていく。Pが達する最高点の高さんを求めよ。 摩擦はない。 57 前問で,ばねの最大の伸びxはいくらか。 板は水平面上を動くとする。 等号のときは最高点で止まってしまう ので除外した。 その後はP単独での力学的エネルギー 保存に入る。 5mv2mgh 2 54 mgl= 1=mvv₁ = √2gl h= 2 2g kl² =2(M+m)g UB UB Pが板と力を及ぼし合っている間は全体 として保存し、離れれば単独で保存する。 物体系の力学的エネルギー保存則 複数の物体が力を及ぼし合いながら運 動するときには,1つの物体だけでは力学的エネルギー保存則が成り立た ない。物体系全体について立式する必要がある。 EX 質量 m,Mの物体 P Q 糸で結ばれ, 滑 車を介してPは滑らかな机の上で支えられて いる。 P を放し、 距離だけすべらせたときの 速さはいくらか。 IM 60° 30° UB 2 57 自然長位置以後, 板は板で力学的エ ネルギー保存に入っている。 ばねが最大 に伸びたときには,板の速度は0だから Mo-x m PO mgl=/12mu"+mg.1/2 B以後は放物運動に入る。 水平成分 VB/2=gl/2は最高点Cでも残るので mgl= +mgh. 1=\½\m(√97)²+: いずれも出発点との間で力学的エネルギ ー保存則をつくってみた。 VB=√gl M =l. M M+m 58 h=-l Q が失った位置エネルギー Mghの お陰でP, Qは運動エネルギーをもち, かつ, Pはmghだけ位置エネルギーを 増すことができたとみて

力のつり合い？u Nってなぜcosなんですか？sinかと思ったんですけど物理で三角比を使うとややこしくてわからなくてわかりやすく教えて欲しいです😭😭

58 棒に通された小球の円運動のテーマー 等速円運動の中心位置 力のつり合う方向 摩擦力のはたらく向き 105 [滑り上がる直前] Wi 地上に静止した観測者の立場で解答する。 角速度を大きく ① AN していくと,やがて小 球は棒に沿って滑り上 がる。滑り上がる直前 の角速度をωとする。 滑り上がる直前の摩擦力だから、向きは様に 沿って下向き、 大きさは „Nになるよね。 Cos Gin mg 棒に重 棒に沿って下向き 円運動の方程式(水平方向) mrwi=Ncose+ μ Nsin0 力のつり合い (鉛直方向) Nsin0=μ Ncoso+mg mg sinucose 円運動の加速度は図の点を向い ているので,運動方程式は加速度と 同じ方向の水平方向で立てる。 N=- ②①に代入 mrw w2 mg(cost + μsin 0 ) sinoμcose W= g(cos+μsine) r (sin-μcose) 小球は水平面内で運動しているの で,小球にはたらく鉛直方向の力は つり合っている。 えんぴらつぶつ COS (0 とおざか る Sin