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Physics Senior High

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A 2k k 200 (物体 P 図1 位置Pで物体にはたらく A の弾性力の大きさ, およびAの弾性力による位置エネルギーを表す式を書く と,アとなる. 次に、 物体を手で水平に引いて, 位置PからAの自然の長さからの伸びが2x0 となる位置P'まで床面上 をゆっくりと移動させた。物体を位置Pから位置まで移動させる間に手が物体にした仕事はイとな る。 自然の長さ A k 図 2 床面 thik 床面 次に、図2のようにばね定数 2kの軽いばねBを水平でなめらかな床面上に置いて, B の左端を鉛直な壁 面に固定する。 B の右端に床面上に置いた A の左端をつなぎ, さらに床面上に置いた質量mの物体をAの 右端に取り付ける。 図2のように、物体を手で水平に引いて A の自然の長さからの伸びが となる位置Q まで床面上をゆっくりと移動させた。 図1で物体が位置Pにあるときに手が物体を水平に引く力の大きさをFとすると、図2で物体が位置Q にあるときにAがBの右端を引く力の大きさは F を用いて, ウと表される。 図2で物体が位置Qにあるとき, B の自然の長さからの伸びは, エロ を用いて表すと エである。よっ て, AとB 全体の自然の長さからの伸び X は, X = 10 + オ となる。また、このとき, 物体がAを引く力の大きさをk, so を用いて表すと カ である。 これらのことか ら、図2のようにつながれたAとBを1本のばねとみなしたときのばね定数は, k を用いて表すと あると考えることができる。 キで 図2で位置Qにある物体から静かに手をはなすと, 物体は壁面に向かって運動しはじめた。 A,Bがとも に自然の長さになる位置を通過するときの物体の速さはm, k, so を用いて表すと, クとなる。

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例題4の(2)の値にマイナスが付くのは、重力と弾性力の合力は復元力であり、この問題の場合は下向きを正としている。 ばねに物体が上から取り付けられている為物体は自然長より下の位置にあって、これを元の位置に戻そうとするには上向きの力である復元力が必要で、その向きは下向きを正と... Read More

例題4 鉛直ばね振り子 右の図のように、 軽いばねの一端を床に固定し, 他端に質量mのおもりを取りつけると, ばねが自 然の長さからdだけ縮んでつり合った。 その後, ば ねが自然の長さになるまでおもりを持ち上げて静か にはなすと, 鉛直方向に単振動を始めた。 重力加速 度の大きさをgとして、次の問いに答えよ。 (1) ばね定数はいくらか。 自然の長さ d d 解 (1) ばね定数とするとおもりにはたらく力のつり合いより, mg-kd=0 よって,k=mg d (2) おもりにはたらく力(重力と弾性力)の合力をFとすると, F=mg-k(x+d)=-kx=- XC of (2) おもりがつり合いの位置から距離xだけ下側にあるとき, おもりにはたらく力 の合力はいくらか。 ただし, 鉛直下向きを力の正の向きとする。 (3) おもりの単振動の振幅 周期はそれぞれいくらか。 (4) おもりがつり合いの位置を通過するときの速さはいくらか。 10 つり合い の位置 指針 おもりは、ばねが自然の長さからdだけ縮んだ位置 (つり合いの位置)を振 動の中心として, 単振動をすることに着目する。 IC Touch この式は、「F=-Kz」と同様の形 (K=k=mg) であることから,合力 式(16) Fは復元力であり, おもりはつり合いの位置を振動の中心として, 単振動を することがわかる。

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