力学・基準振動についての問題です。 (4)以降が分かりません。 (4)のように異なる固有角振動数の問題ではどのようにして基準振動を考えればよいのでしょうか？ (5)以降は同期現象だと思うのですが、どのように解けばよいのでしょうか？ちなみに(5)はΔω=2Ksin(Δφ＊)と... Read More

以下の問I、IIに答えよ。 また、結果だけでなく、導出過程も簡単に記すこと。 I長さの異なる紐をもつ二つの振り子の問題を考える。図1の ように』軸の正の方向を鉛直下向きとし、振り子の支点は2軸 上にあるとする。それぞれの振り子につけられている質量m のおもりは鉛直下向きに重力を受け、2軸に垂直な面内を運動 する。紐の長さはそれぞれい,であり、4>&とする。おも りの大きさや紐の質量は無視でき、運動の際に組はたるまな いとする。重力加速度をgとして、以下の問いに答えよ。 まず、支点でのまさつの効果を無視し、二つの振り子が独立に運動する場合を考える。紐の長 さがん,&の振り子の振れ角を、図1のように支点を通る鉛直下向きの軸となす角度として、そ れぞれ1,2とする。 図1 (1) 紐の長さが1の振り子のz軸まわりの角運動量 L。を求めよ。 (2) z軸まわりの角運動量 L,の時間微分の満たす方程式を示せ。 (3) が十分小さい微小振動のときの固有角振動数 w」を求めよ。 次に、二つの振り子の角度間に線形の相互作用がある系を考えよう。すなわち、Jを定数とし て、角度6,2 の運動方程式が d? =-w +J(B2 - h), d2 2= -5 + J(G,- Ba), と表せるとする。ここでwとwaは相互作用がないときの振り子の固有角振動数である。 (4) (t = 0) > 0, 0z(t = 0) = 0から静かに運動を始めるとき、その後の運動を基準振動の考 え方を用いて定性的に説明せよ。 dA dp 0, dt 振り子の角度0を振幅 Aと位相ゅを用いて0= Acos ¢ と表すと、単振動は、 と表される。ニつの振り子間に非線形相互作用があるとき、二つの振り子の位相1と2の時 間発展は上記のwiとw2を用いて次のように表せるとする: =W dt d の1=wi+ K sin(¢2- ), d 2= w2+ K sin(¢- p2). dt dt ここでKは定数とする。二つの位相の差 △¢ = 2- のが時間依存せずに一定の値をとること を「位相が同期する」という。 (5)位相が同期するときの位相差△がと固有角振動数の差 Aw = w2-wiの関係を求めよ。 (6) 位相が同期するときの振り子の角振動数”を求めよ。 (7) 位相差 AゅがAがから微小にずれても、十分時間が経った極限で位相が同期する条件を導 き、その条件をKとAwを軸とする平面上の領域として図示せよ。

ルートの扱い方を復習していたらよくわからなかったのですが まず、ルートの中が0以上になることはわかるのですが、今までなんとなくしか理解していなかったので教えていただきたいです。 ア→これは右辺が0以上を条件にしていますが、何故ルートの中が０位上と言うのを確認していないの... Read More

-●3 ルートがらみの方程式 不等式を解く (京都産大 (ア)(2.z-2 =1-2.zを満たす実数zの値は である。 (イ)V5-z<z+1を解け。 (ウ)不等式(3-2.r 22.zー1を解け。 (龍谷大·理系(推薦) (東京都市大) ルートがらみの方程式·不等式のことを,無理方程式·無理不生 図形問題を解くときにも現れる 式と言う。教科書的には数Ⅲの内容だが, 図形問題を解くときにも(解法によっては)現れること るので,ここで練習しておくことにしよう。 解くときの注意点 *2乗すると同値性がくずれる. 例えば, A=B=→ A?=B? であるが, A?=B?#A=Ra+ (例えば、 A=-2, B=2のとき, A?=B'だが, A=Bではない). また, AZB# A?2 33であ る(例えば、A=1, B=-2のときを考えよ).「AZB → AB'」という同値変形ができるの は,A20かつB20のときである。両辺が0以上なら, 2乗しても同値である。 *ルートの中は0以上であり, 実際にどのようにするかは, 以下の解答で 2乗してルートを解消するが, その際に注意が必要である. の値は0以上である。 ■解答 ○0のとき,右辺20により 2.ェーェ20であるから, ルートの 中は0以上であることが保証 (ア)(2.z-22 =1-2.r → 2.ェー2=(1-2.x)? 0 かつ1-2.r20 のを整理すると, 5.z?-6.r+1=0 .(r-1)(5.r-1)=0 1 れる。 1-2.r20を満たすェを求めて, x=- 5 コェ+1>/5-ェ N0により, エ+1>0. (イ)/5-r<ェ+1 → 5-x z0かつ ェ+1>0かつ5-ェ<(r+1)? -1<zS5 かつ 22+3.x-4>0 -1<z<5 かつ (エ+4)(r-1)>0 コ-1<r<5のとき, エ+4>0 (ウ)/3-2r >2.r-1…① のとき, 3-2.cN0 3 IS- 2 1° 2かつ 2.z-1<0, つまり ェくうのとき, ①は成り立つ。 介日の右辺の符号で場合分け. @ のとき,①の右辺<0なら①は成 2 1 3 2° 2かつ 2.z-120, つまり 名zハ%のとき, ①の両辺を2乗しても 立。 2 2 同値で、 3-2.z2(2ェ-1)? : 2.22-ェ-1ハ0 4.z2-2.ェ-2<0 :(2ェ+1)(e-1)<0 1であり。zs とから、ら1 3 よって - 2 1°, 2°により, 答えは, x<1 3 演習題(解答は p.55) (ア)方程式(z?+/z +z-l=0を解け。 (イ)不等式V3.?-12 Sz+4を満たすェの範囲を求めよ。 (ウ)不等式(4.ーz" >3-xを満たすェの範囲を求めよ。 (札幌学院大) (明治大·理工) ルートの中は0以上, な; どに注意して解いてい く。 (学習院大·理) 3-2 1 く-を満たす』の値の範囲は (エ) 2r である。 (関西医大)

反平行であるとは、どうしたらわかるのですか

(2) 与えられた2直線の連立方程式を解く. -9 2 6 3 t -3 三S 2 -6 1 4 -3 -9t +2 = 6s+3 4 -3t +0 = 2s+1 ⑤ -6t +1= 4s-3..⑥ 2 1 6よりt=-s 3 3 しかし,(ii) を満たすsとt の組は②を満たさない.実際,② の左辺に代入すると, 2 1 ④ の左辺 - )+2= 6s+5+6s+3=③ の右辺 3 ニ したがって,(i) は解無しである.よって, 2直線の交点は無しである。 6- 6 また,方向ベクトルたち 山= と da: は反平行である。 -3 2 ニ -6 4 (d」と d2 が平行または反平行と仮定して d, = kd2 とおくと, k=-; 3 となる。) よって,与えられた2直線の位置関係は「平行」である。

力学・剛体の問題です。 (1),(2)は恐らくこれかな？という解を求めましたが、(3)以降が分かりません。

以下の問1, II に答えよ。 zA I. 質量m、半径r、厚さ、高さんの密度が一様な剛体とみなせる円 筒(図1)が、水平な床の上を初速度の大きさ 、初角速度の大きさ woで投げ出され、倒れずに滑っていく運動を考える。円筒底面の中 心を原点とし、円筒とともに移動する座標系のz, y, z 軸および偏角 9を図1のように定義する。y軸の正の向きは常に円筒の進行方向と する。偏角0の位置にある円筒底面が床から受ける単位面積あたり の垂直抗力の大きさ N(0) と動摩擦力の大きさ F(6) の間には、μを 動摩擦係数として比例関係 F(6) = μN(0) があるとする。 b 図1 重力加速度の大きさをgとし、重力はz軸の負の向きに働く。また,円筒の厚さ6は半径rよ り十分小さいとする。空気抵抗の影響は無視して、投げ出された円筒の運動に関する以下の問 いに答えよ。 まず、回転させないで円筒を投げ出す場合 (wo = 0) を考える。 (1) 投げ出した円筒の底面全体が受ける垂直抗力および動摩擦力の大きさを求めよ。 (2) 投げ出した円筒が動摩擦力を受けて静止するまでの距離を求めよ。 (3) 円筒に働く慣性力による原点まわりのトルクの大きさを求めよ。 (4) 投げ出した円筒が床の上を滑っているとき、円筒底面に働く垂直抗力は一様ではない。円 筒の前方(0 =T/2付近)と後方 (0 = ーT/2付近)のどちらの垂直抗力が大きいか、理由と ともに答えよ。 以下では、円筒底面に働く単位面積あたりの垂直抗力の大きさが N(0) = a+ Bsin0 と表せる と仮定する。ここでa,Bは定数とする。 (5) 垂直抗力による原点まわりのトルクの大きさをa, 8, r, bのうち必要なものを用いて表せ。 (6) 円筒が倒れずに滑っていくための条件をん, r, uを用いて表せ。 次に、右回り(z軸の正の向きから見て時計回り)に回転させて円筒を投げ出す場合(wo 0) を 考える。 (7) この円筒のz軸まわりの慣性モーメント「および円筒とともに移動する座標系での投げ出 した直後の運動エネルギーを求めよ。 (8) 円筒底面に働く動摩擦力の0依存性により、円筒の軌道は曲がる。その曲がる向きを理由 とともに答えよ。

この波線部分の意味がわかりません。どういう性質があってこうなるのですか？

II ト 1 -1 3 0 -1 -2 3 1 -13 1 3 (4行 - 3 10 <1 -2 (3行+2行×2) = 0 0 1 10 0 0 0 4 3 0 0 37 = 37. 37 dto |4 Aは4次正方行列で'AA = 2Eより, |'AA| = |2E|. ここで,AA| = |A| × |A| =D ||?, j2E|= 2|E| = 16 なので, |AP=D 16. A|= ±4.

フーリエ変換・フーリエ級数展開の問題です。 (2)の証明がうまくいきません。画像2枚目のように計算したのですが、どうしたらG^(2πm)になるのでしょうか。

III. 正の実数のパラメーターwに対して,実関数G(z) = e-wia を考え,そのフーリエ変換 をG(k) = 。da e-ka G(a) とする。また,Zは整数全体の集合を表し,Emez ゃEmez は整数全体にわたって和をとることを意味する.以下の問いに答えよ。 (1) G(k)を求めよ、 (2) Enez G(z + n) はzについて周期1の関数となる。これを用いて, EC(n) = と(2xm) nEZ mEZ が成り立つことを示せ。 (3) Emez ei(2mm) (2mm)? + w?)-1 を求めよ。

○をつけている部分の解答を教えてください

間5 文章中の下線部 (ウ)に同して、 ニトロゲナーぜは後素に触れると活性が著しく低下 する。そのため、 素固定細菌には徴素によるニトロゲナーゼの活性の低下を防ぐさ まざまなしくみがみられる。 次の文章はそのしくみについて説明したものである。 こ の説明に関する下のは)12)の各間いに答えよ。 アナベナはシアノバクテリアの一種で, 球形の光合成を行う細胞が連なって糸状に なっている。これら大多数の光合成を行う細胞とは別に, 形や大きさが異なる特殊な 細胞(以下、異型細胞とよぶ)がある。 窒素固定はこの異型細胞だけで行われる。 異型 細胞におけるニトロゲナーゼの活性の低下を防ぐしくみとして, 異型細胞は酸素発生 を欠いている。また, 異型細胞は光合成を行う大 が起こる光化学反応である 多数の細胞とくらべて呼吸速度が大きいこと, 異型細胞の細胞壁は酸素の透過性が J ことなどにより, 細胞内の酸素濃度が結果的に低く保たれている。 時間的な違いに 一方,異型細胞をもたない別の種類のシアノバクテリアでは, (エ) よってニトロゲナーゼの活性の低下を防いでいる。 1} 文章中の空欄 に入る語の組合せとして最も適当なものを、 次の J 1~4のうちから -つ選び, 番号で答えよ。 1 光化学系I 低い 2 光化学系I 高い 3 光化学系I 低い 4 光化学系Ⅱ 高い 文章中の下線部 (エ)は, 具体的にはどのようなことを説明しているか。ニトロゲナー その活性の低下を防ぐための, 時間的な工夫として推論されることを40 字以内で答 えよ。

量子力学・不確定性関係についての問題です。 (6)が分かりません。(5)はhbar^2/8m(δx)^2と求めました。

II. 質量 m(> 0) の粒子の位置』,運動量pを表す演算子を,それぞれ,pとする。また,規格化 された状態)についての期待値を(z) = ()e|),(?) = (\) などと略記する.このとき, 粒子の位置eのゆらぎ 6= V(( - (e))?\$ と,運動量pのゆらぎ p= V{例(カ- (p))\) の間には、 ん 6zóp > 2 という不確定性関係がある。 (4)() と Sは,実験的にはどのように求められる量か.すなわち,どういう実験をしたとき に,その測定値からどのような式で求められる量か. (5) 運動エネルギーの期待値 のとりうる最小値を,m, óa, h で表せ、 2m (6) この粒子のハミルトニアンが,J,Kを正定数として, K 1 自=-+? 2m 2 6 で与えられるとする。基底状態のエネルギーは許される状態のうちで最小であることと, 上記の不確定性関係を用いて,基底状態の波動関数の空間的広がりの大きさ 6gを見積もれ。

励起状態になった後、混成するというのは、分かるのですがその混成した時に3p軌道の後に3d軌道が来てるのは何故ですか？遮蔽効果により3pの次は、4sでその後3dではないのですか？？

対称性の高い分子である.図8.5に示すように, 正八面体の中心に硫黄原子が 第8章 分子の形 8.1.4 sp°d°混成軌道 S ょる六フッ化硫黄 SF。について考えてみよう. SF。は正八面体型の非常に n 6個の頂点にフッ素原子が位置している.硫黄原子の基底電子配置は (2s)(2p)°(3s)(3p)", フッ素原子の基底電子配置は(1s)°(2s)°(2p)°であ るセル·モデルで表せば,以下のようになる。 1s 2s 2p 3s S 1! f! t! F 1! 1↓ S原子の基底状態では, 不対電子が2個しか存在しないので2個のF原子と しか結合できない. そこで, 結合の手を6本にするために, 1個の3s 電子と1 個の3p 電子を3d軌道に昇位させて, 次頁のような励起電子配置にする。し かし、このままでは幾何学的な構造を説明することはできない. そこで, 3s 軌道,3個の3p 軌道, 2個の 3d軌道を混成させて, sp°d° 混成軌道をつくる。 ここで,混成に参加する 3d軌道は, その方向性から考えて 3dgと 3dz-yであ る. これらの軌道は, (8.4) 式で示される等価な軌道で, 図 8.6に示すように ての方向はちょうど八面体の中心から頂点の方向に張り出した格好をしている

マクスウェルモデルの式の導出について質問です。 プリント2枚目の式(9)から式(10)はどのようにして解いたのでしょうか。

マクスウェル (Maxwell) 模型とフォークト (Voigt) 模型 材料が弾む性質と粘る性質の両方を合わせて示す物性である粘弾性を説 明するために Fig. 1 のようなバネとダッシュポット (ピストン) を組み合 わせた「モデル」 を考える。 マクスウェル模型 マクスウェル模型は Fig. 2 のように, バネとダッシュポットを直列につ ないだモデルである.弾性率 (バネ定数)を E, バネのひずみを 1, ダッシュ ポットの粘度を n, ひずみを 2とする. マクスウェル模型は,式で表すと, Y.= Y1+ 2, EY1 = miz Fig. 1: (a) ばねと (b) ダッシュポッ となる.ただし,とのは, それぞれ, 注目する材料のひずみと応力 (単位面 ト(ピストン) 積当たりの力)である.ある時間におけるひずみと応力が分かることで, そ の材料の力学的性質の全てが分かると言ってよい. なお, àは, a の時間tによる微分 de である。式(1)を時 dt Fig. 2: マクスウェルモデル 間で微分すると, タ=ュ+2 が得られる。式(2) より, WWw WW II II