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Physics Undergraduate

初歩的すぎて説明しづらいかもしれませんが、なぜピンクの下線の部分のようになるのか教えて頂けますか??( .. )

較体のつりあぁあい (基本問題 127, 128 図のように、なめ らかな歴と摩擦のある床に, 一様な太さの棒を 立てかける。棒と床がなす角をのとするとき,棒が倒れないための 1 9の条件を, tan9 を用いた式で表せ。ただし, 権にはたらく重力の 1 大きさを,棒の長さを / とする。また. 権と床との間の静下摩拓 バ 係数を / とする。 人 W 棒が受ける力を図示し, 水平方向, 鉛直方向のそれぞれで力のつりあいの式を立てる。 また, 複数の力を受ける棒の下端のまわりで, カ のモーメントのつりあいの式を立てる。 棒は, 重 カ以外に, 接触する他 の物体から力を受け, 図のように示される。 地球から…重力 叱 選から…垂直抗力 が 床から…垂直抗力 Az 床から…静止摩擦力 万 水平方向の力のつりあいから, アーが=0 。 …① 鉛直方向の力のつりあいから, 一玉=0 …② また, 点のまわりのカカのモーメントの和が0と なればよい。点人から, 素までのうでの長さ は, それぞれ7sinの, 7cosの/2 なので, Coで =0 …③ また, 点Aで棒がすべらなければよい。ど万が最大 摩擦力 /V。 以下となり, ミミんW。 …④ 式めから, =2Wton ままの和の和ひヽ人 これを式②に代入して整理すると. z三2」tanの9 …⑤ 式のから, アニ=M」となる。 これと式⑤を④へ代 入して整理すると, MX7sinの一玉 WszX2がtanの 。 tan9ェ上 2

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Physics Undergraduate

よろしくお願いします

仕事とエネルギー、運動量を用いた物体の運動の解法 【間2] ばねでつながれた二物体の運動の運動量の保存と力学的エネルギーの保存則を用いた運動の解法 (参照:演習問題8の問2) 図のようにまさつのない水平な床の上に自然長が,、ばね定数がkxのばねが置かれている。 その両端に質量 とm。の物体1と2を取り付けた。 物体1に右向きに初速。を与えたところ. の物体は床の上をx軸の正の 方向に運動した。 座標系として、水平方向右向きにx軸、鉛直上向きにy軸をとり、原点を = 0における物体1 の位置にとる。 以下の問いに答えなさい。 (物体1、2の位置、速度、加速度のx成分をそれぞれ、x,(り、xs(り、 Yax(り、pzx(ひ)、qix(り、qzx(ひなど1や2の添え字を使用して表しなさい。 ) (1) この運動において、物体1と物体2の運動量の和は不変である。 その理由を運動量の変化と力積の関係を用いて述べなさい。 (2) この運動において、物体1と物体2の運動エネルギーとばねの弾性エネルギーの和は不変である。 以下の記述がその証明となる。 正しい記述となるように次のカッコ( 1 )から( VI )に入れるべき数や式 を答えなさい。 時刻での物体1と2のx座標x。(。)、x。(ひを用いて、時刻でのはねののびを表すと( 1 )となる。よって、物 体1と2の運動方程式の成分はそれぞれ、m。学e中ニ( Tエ )…①、m se思ニ( 反 )…②となる。 e 次に、①式の両辺と。(O) = 字の各辺との積をとると、次のような等式が得られる。 る map(O演ー( m ) x 左辺はps(O CO (tio人(の )…・@と式変形できる。よっ て(aeO) =(T ) x 名.…④ 同様にして、全(apa⑨)=( mm ) x折品…の ③式と④式の各辺の和をとると、 (tp) ao3() ) =( W )…・⑤ ここで時刻Lでのばねのの びを表す関数をXY(ひとおくと、( IV ) はxi(り、xz(ひの代わりにX(りを用いて、( IV )=( V 和書 くことができる。さらに、のひ式と同様な式変形より、( V )x富= ーikX(O )…⑥となる。 @式と@式より、(imaik(O+3moik(0+3kX2(O ) =( Y )…⑦ 物体1と2は床の上を運動するこ とから、ヵ>(0) = poy() = 0 よって、⑦式のカッコの中は物体1と物体2の運動エネルギーとばねの弾性エネ ルギーの和となっており、それの時刻での微分が( VI )となることから、物体1と物体2の運動エネルギーと ばねの弾性エネルギーの和は不変であるといえる。 (3) ばねの長さがもっとも長くなったとき、物体1と物体2の速度はどのような関係になっているか答えなさい。 (4) ばねの長さの最大値/。。。を求めなさい。 (⑮) 演習問題8の問2の解からも/mxを求め、(4)で求めた値と一致することを確認しなさい。

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