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Physics Senior High

物理の力学についてです。 このEXで(1)は分かるのですが(2)について、物体が衝突しているのにも関わらず力学的エネルギー保存則が立てられるのは何故ですか?

64 カ学 VI 運動量 Eトク 等質量の弾性衝突では,速度が入れ替わる。 77の答えが出たら, M=mとしてみると分 かる。たとえば,Qがはじめ静止していると。 衝突してきたPが止まり,Qがりで動き出 65 解(1) Pがばねを押し縮めると同時に,Qは 止まった u ばねに押されて動き出す。ばねが最も縮 んだときとは,Qから見て接近してくる Pが一瞬静止したときでもある。 つまり,相対速度が0となるときだ。し たがって,このときQの速度も いである。 Omの 相対速度0 すことになる。 Qから見た Pの運動 A 78* なめらかな床上に,質量 Mの板が,ばね定数k のばねで結ばれて置かれている。質量m(<M/2) の物体が速さで板に当たるとき,ばねの縮みの 最大値はいくらか。衝突は瞬間的とする。 (1) e=0 (2) e=号の場合について求めよ。 P.Qの速度は同じ M. 運動量保存則より mus=mu+Mu m ひ= m+M m U。 O→ 00000 トク 2物体が動いているとき, “最も……"は相対速度に着目 保存則の威力 (2) 力学的エネルギー保存則より りっきゃく mM = VR(m+M) 力学的エネルギー保存則,運動量保存則とも運動方程式に立脚している。 しかし,保存則は運動方程式を超えた力カを秘めている。たとえば,滑らかな 曲面をすべり降りたときの物体の速さや, 衝突の問題では運動方程式を用い ても事実上解けない。ただ,保存則には適用条件があることは常に意識して Sよっと一言 ここでQ上の人に保存則まで用いさせてはいけない。保存則や 運動方程式は静止系(あるいは慣性系)で用いるべきもの。 ただし,次章で扱う慣性力の効果まで考慮すれば加速度系で用い ることもできる。 おかねばならない。 摩擦,抵抗なし(保存力以外の力の仕事=0) → カ学的工ネルギー保存則 衝突·分裂(物体系について外カ=0) (3) Qの速度をUとすると 運動量保存則より mvo=mu+ MU …0 →運動量保存則 ばねは自然長に戻っているから,力学的エネルギー保存則より 力学的エネルギー保存則は仕事を,運動量保存則は力を条件にしていると いう違いがある。両者はまったく独立な法則であるが,両立することもあり, 連立的に解くタイプは概して難問となる。が,パターンを心得ていれば,取 扱いはむしろ一本調子だ。猛犬を手なずけて忠犬としてしまおう。 mーmM …2 mus Uを消去して整理すると (m+M)u*-2mvsu +(m-M)v=0 2次方程式の解の公式より m土M m+M u=。とすると, ①よりU=0 となって不適(ばねに押されたQは右へ動 いているはず) EX 滑らかな水平面上に質量Mの球Qがばね定 数kのばねを付けられた状態で置かれている。 左から質量mの球Pが速度。で進んできた。 (1) ばねが最も縮んだときのPの速度ひを求めよ。 (2)ばねの縮みの最大値!を求めよ。 (3) やがてPはばねから離れた。Pの速度uを求めよ。 m-M」 テ=n m+M% Vo m High (3)はP, Qがばねを介して級やかな衝突をした後と見てもよい。エネル ギーを失わない弾性衝突だから,e=1の式 u-U=ー(to-0) を②の 代わりに用いるとずっと速く解ける。

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場合の数の問題です 右上の書き出しの法則がわかりません 2mがなぜ出てくるのか

よくわけつた度チェッ (相互関係3) 「ボールと箱」の最終回です. 前回までと違い, 区別のないボールを箱に入れます ) {a, a, a} →1通り, ○○を区別2 i){a, a, b}→3通り,(a, b, cは相異なる) i) {a, b, c}→ 3! 通り、メ-1 -3mm) o「題意の入れ方」x通りのうち,i)のタイプは (2m, 2m, 2m} の1通り. また,i)のタイプは, 右の3m 通り. 0 ンドっ6m-2 {0, 0, 6m} {1, 1, 6m-2} (2, 2, 6m-4} kキコルベク ら、ITEM 24, 25の「○をで仕切る」考え方がベースになります。 SKS3m ここが ボ 同じボールで同じ個数なら, 同じもの 0:(2m-1,2m-1,2m+2} {2m+1,2m+1,2m-2} oこれと(1)より 1-1+3m-3+(x-1-3m)·3!=(3m+1)(6m+1). 例題44 3つの箱に入れる方法について考える。ただし, 空の箱があってもよいとも m は正の整数とする. 区別のつかない 6m個のボールを {3m, 3m, 0} やって みよう 外t1-1 解説前回の例題43) (2) では, 空箱2つの区別がつかないことから枝分かれが均等でな くなることを体験しました.ボールに区別がない本間では, 個数が等しければ区別が つかなくなりますから, 前記の状況がもっと頻繁に起こることになります。 . x=3m'+3m+1. る。 (1) 箱を区別するとき, 入れ方は何通りか. (2) 箱を区別しないとき,入れ方は何通りか. 道)のタイプを数えるとき,①の後(2m, 2m, 2m}も数えてしまうと,i)タイプを モレなく 方針)例によって条件の視覚化から. ダブって数えたことになりますよ! ダブりなく 開本る 6m個 参考)本書で扱った「ボールと箱」の問題8タイプの一覧です。 6m個 n ○をで仕切る タイプの問題 123 空箱O.K. の方は 「重複順列」 C (2) L A B A B C A B C 空箱 OK:例題44) (1), 例題24 1],例題25 (空箱OK) 3[2] (空箱OK) 空箱 OK:例題43) (1), 類題 ボールを区別しないので, 各箱に入るボールの個数だけを考えます。 (1)(例題24)の「○をで仕切る」そのものですね. (2) ここでも(2) から (1)への対応を考えますが,枝分かれが均等でなかった 例 (2) から,さらにボールの区別が取り払われたのですから, より一層注意が必要です。 解答 (1)「題意の入れ方」と「6m個の○を2本ので仕切る方(例) 法」とは1対1対応. よって求める場合の数は 空箱 NG:例題42) (1) 空箱 NG:類題 44 123 n 空箱 OK:例題43 (2) 空箱OK:例題44) (2), 類題 1[1] 、空箱 NG:例題42) (2) (個数指定: 例題26)) :空箱 NG: 類題 44 [2], 例題1) ○○ 一_○.. o|00 A3個 B6m-5個 C2個 (6m+2)(6m+1) 6m+2C2= 2 対応関係を視 A BC) {2m, 2m, 2m} (2m, 2m, 2m) 箱を区別しない 箱を区別する AB C i) ABC (0, 2, 6m-2) (0, 6m-2,10 {1, 1, 6m-2} 類題 44 (6m-2, 1, 1) {0,2, 6m-2} | mは正の整数とする. 区別のつかない6m個のボールを3つの箱に入 箱を区別しない 箱を区別する (6m-2, 2,0) 箱を区別しない 箱を区別する れる方法について考える. ただし, 空の箱があってはならないとする. 11箱を区別するとき,入れ方は何通りか. 2] 箱を区別しない) ○各箱に入るボールの個数の組合せは,上のように分類され,それぞれに対士る (1)の入れ方の数は次のとおり. ステージ3 入試実戦編 場合の数

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合格る確率 場合の数 117ページです 右上の書き出しの法則がわかりません 2mがなぜでてくるんですか

ステージ3 入試実戦編 11 ;) {a, a, a} -→1通り, ○○を区別? :) {a, a, b}→3通り,(a, b, cは相異なる) {0, 0, 6m} (1, 1, 6m-2} osK$3m ;) {a, b, c}→ 3! 通り、メ-1-3m) WCキ o「題意の入れ方」x通りのうち,i)のタイプは {2, 2, 6m-4} ①:{2m-1,2m-1,2m+2} {2m, 2m, 2m}の1通り、 また。i)のタイプは, 右の3m 通り、 。これと(1)より 1-1+3m·3+(x-1-3m)·3!%=(3m+1)(6m+1). (2m+1,2m+1,2m-2} 7 (3m, 3m, 0} .:. x=3m°+3m+1. 「昭説前回の例題43)(2)では, 空箱2つの区別がつかないことから枝分かれが均等でな くなることを体験しました.ボールに区別がない本間では, 個数が等しければ区別が っかなくなりますから, 前記の状況がもっと頻繁に起こることになります。 注意 i)のタイプを数えるとき,①の後(2m, 2m, 2m} も数えてしまうと, i)タイプを ダブって数えたことになりますよ! 1 参考) 本書で扱った「ボールと箱」の問題8タイプの一覧です. O ○をで仕切る 123 u 空箱 0.K. の方は 「重複順列」 タイプの問題 A B A 空箱 OK: 例題43) (1), 類題 3 [2] 空箱 OK: 例題44) (1), 例題24 空箱 NG: 例題42) (1) 空箱 NG: 類題 44 [1], 例題25 123 u 空箱 OK: 例題43) (2) 空箱OK:例題44 (2), 類題 1[1] 空箱 NG:例題42) (2) (個数指定:例題26 空箱 NG:類題 44 [2], 例題1

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