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Physics Senior High

(2)って「失われた」力学的エネルギーだから位置エネルギーは考えなくていいということですか?

→ p.41 それらの材質によって, 運動エネルギーの和が保存されることも減少する こともある。 一般に,2つの物体の衝突において, 運動エネルギーの和が保存される 衝突が弾性衝突であり, 運動エネルギーの和が減少する衝突が非弾性衝突 であるということができる。このとき,非弾性衝突で失われる運動エネ 5 ルギーのほとんどは熱となる。 例題6 運動量と力学的エネルギー 図のように,質量 Mの砂袋がひもで天井から つり下げられている。左から水平に質量 m の弾 丸が速さ 。で飛んできて, 砂袋の中心に瞬間的 に突き刺さり,弾丸と一体となった砂袋は初め の位置から高さhのところまで上がった。重力 加速度の大きさをgとして, 次の問いに答えよ。 (1) 一体となった直後の砂袋の速さVを M, m, 10 Vo Ta 15 m V。を用いて表せ。 (2) この衝突で失われた力学的エネルギーを, M, m, voを用いて表せ。 (3) を, M, m, h, gを用いて表せ。 M 指針 非弾性衝突なので,衝突の直前と直後では, 運動量は保存されるが, 運動 エネルギーは保存されない。一体となった後,力学的エネルギーは保存される。 20 解(1) 弾丸は一瞬にして砂袋と一体になるので, その間の外力による力積は無視でき る。よって,運動量保存の法則が成り立つ。水平方向の右向きを正とすると, mVo mvo=(M+m)V よって,V= M+m Mmv? 2(M+m) (3) 一体となった後は振り子と同じ運動となり,糸が引く力は常に砂袋の運動方向 と垂直なので,力学的エネルギーが保存される。よって, 次式が成り立つ。 (2)mu3-号(M+m)V°=- 1 2 (M-スプレの 2) 25 (M+m)V=(M+m)gh ………③ 式のを式3に代入して整理すると, vo= M+m -2gh m なめらかな水平面上を右向きに速さ 4.0m/s で進む質量2.0kgの台車Aが, 静止していた質量 3.0kgの台車Bと衝突し,衝突後は一体となって進んだ。 類題 30 6

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Science Junior High

物理の問題です。 (2)がわかりません。できれば詳しく説明してもらいたいです。

7. 次の文を読み、 問題に答えなさい。 ブランコに乗って、 遠くに飛ぶにはどこでプランコから飛び出すのが良いか調べ るために、ブランコの代わりに、振り子を使って考えることにした。 右図の振り子は、 小さなおもりを軽くて伸びない糸でつなぎ、 糸とおもりは、 希望 する位置で切り離すことができる。実験をする床は水平であり、 空気抵抗や摩擦など の影響を考えなくてよい。 おもりをA点で静かに放したら、 A点と同じ高さのD点ま で行き、A点にもどってきた。 B点は振り子の支点Cの真下をおもりが通過する点、 M点はB点からD点に行く途中の通過点である。a、 b、d点はそれぞれA、B、 D 点の真下の床の位置である。 (1)A点で静かに止まっているときのおもりの位置エネルギーは0.5J、B点でのおもりの運動エネルギーが0.2 Jであった。おもりの力学的エネルギーとおもりの水平位置との関係のグラフを、解答欄に描け。 (2) A点からおもりを静かに放した。 M点でおもりを糸から切り離したら、おもりは空中に飛び出した。その後、 支点 C 5コ 55丁 B M 床 d a b おもりが達する床からの高さのうち、最も高い位置はどうなるか。 の D点より少し高い の M点と同じ高さ (3)(2) で、おもりが床に着く直前のおもりが持つ運動エネルギーは何Jか。 ただし、 床に着く直前のおもりの 位置エネルギーはOJである。 (4)次に、はじめの位置Aからおもりを静かに放し、D点でおもりを糸から切り離した。その後、 おもりの運動 2 D点と同じ高さ 3 D点より低くM点より高い はどのようになるか。

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Physics Senior High

(2)が分かりません。 どういう式の立て方をしたのか、よく分かりません。 教えて下さいm(_ _)m

(5) 力のつり合いの位置では, 速さは最大になってお 別解 力学的エネルギー保存の法則で求めることもできる リ= Aw で表される。したがって, ひ=0.050×14=10. おもりにはたらく力の合力F[N]はいくらか。ただし, 鈴直下向きを正と。 単振動 »137 例題 34 ばね振り子 軽いばねの一端を固定し, 他端に質量0.10kgのおも りをつるすと,自然の長さから0.050mだけ伸びてつ り合った。このばねを自然の長さにしておもりを支え, 静かに手をはなした。重力加速度の大きさを9.8m/s', πを 3.14とする。 (1) このばねのばね定数&{N/m]はいくらか。 (2) つり合いの位置からょ[mjだけばねが伸びたとき, 0,050m また,このような力がはたらくときの運動の名称を答えよ。 (3) おもりの振動の周期T[s) と振幅A [m]はいくらか。 (4)ばねが自然の長さから0.020mだけ伸びたとき, おもりの加速度の a[m/s]はいくらか。 (5) ばねが自然の長さから0.050mだけ伸びたとき,おもりの速さ [m/s]はい 解答 (1) おもりにはたらく重力 と弾性力のつり合いより, 0.10×9.8-k×0.050=0 したがって、 k=19.6= 20[N/m] (2) F=0.10×9.8-19.6× (0.050 +x) = -19.6.c[N] 変位の大きさに比例し,変位と 逆向きにはたらく力を復元力と いう。復元力がはたらくとき, 物体は単振動をする。 Oセンサー41 弾性力 kX0 つり合いの位置をェ=0 に とり,任意の変位rにお いて物体にはたらく合力が F=-Kr の形で表される 復元力なら,その物体は単 振動する。 0.050m つり合に 重動 01 弾性力 k(0.050-1 のセンサー 42 ばね振り子の周期 T=2¢\k 0.050m m (3) ア=D2xR 水平方向,鉛直方向, 斜面 方向のいずれの振動でも同 じ式で表すことができる。 つり合 0.10 _3.14 V 19.6 =2×3.14×, 7 重力 (UN =0.448… 0.45[s] センサー 43 振幅は単振動の中心と端の間の距離で表されるので 単振動の加速度aは, 中 心(つり合いの位置)でa=0 両端で大きさが最大となり, A= 0.050[m] (4) このとき,エ= -0.030[m]である。 4=土A また, ω=等=14(rad/s) したがって, a=|-e'alより, α=|-14x(-0.030)| =D5.88= 5.9[m/s) のセンサー 44 単振動の速度oは, 中心 (つり合いの位置)で大きさ が最大となり,u#土Aの 両端でp=0 eelllel O ellllele -

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