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Physics Senior High

(1)なぜ3枚目のように求めてはいけないのですか?

演習 8-2 図のように, ばね ばね定数k) の一端を天井に固定し、他端に小物体(質量 mg だけ伸びたところでつり合った (重力加速度の m) を接続すると, ばねが k 大きさg). ばねが自然長となる小物体の位置を原点として, 鉛直上向きにx軸 を定め, x軸に沿った小物体の運動を考える. 小物体の位置を座標xを用いて表 し、速度をv, 加速度をaと記す. mg の位置から,x=0の位置までゆっくりと運ん (1) 小物体に外力を加え x=- k だ.この間の外力の仕事 W を求めよ. 時刻 t=0にx=0の位置で, 小物体を静かに放した. (2) 運動方程式より k mg - - /h2² ( x + m²) m k ma=-kx-mg となる. 運動を時間追跡し, その結果を用いて, v²をxの 関数として表せ. (3) 運動エネルギーの変化が, 弾性力と重力によってされた 仕事に等しいことを用いて, ぴとxの間の関係式を作れ. (4) 運動エネルギーと弾性エネルギーの和の変化が,重力に よってされた仕事に等しいことを用いて, v2とxの間の関 係式を作れ. (5) 運動エネルギーと弾性エネルギーと重力の位置エネル ギーの和が保存することを用いて, v”とxの間の関係式を 作れ. .. a=- ooooooo 方針 (1)は仕事の計算. 外力を求め, 仕事の定義に従って計算すればよい. 一方で, 外力以外に現れる力は,重力と弾性力のみであるから, エネルギー収支から仕 事を逆算することもできる. (2)以降は,単振動であるから、時間追跡もエネルギーでの扱いもできる. そ こで,演習8-1 と同様に,指示に従って各手順を確認しておく. よって、仕 物体と に

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Physics Senior High

この問題の2以降がわかりません 2はμmglの使い方 3以降は計算式がわかりません 説明がないとモヤモヤするので できれば説明もお願いします。

31 物体に作用する力は、保存力とそれ以外の力 (非保存力とよばれる) に分けることがで きる。そこで,保存力の例としてばねの力 (弾性力) を, 非保存力の例として摩擦力をと り上げ、これら2種類の力の性質を比べてみよう。 [A] なめらかな水平面上の点に 質量m[kg]の物体が静止してい る。Pは,他端が壁に固定された自 然の長さる [m]のばねにつながれて いる。 図のように, 0 を原点として ばねに平行にx軸をとり,Pにx軸 の正の向きの初速ひ。 [m/s] を与えた ら、ばねの長さが[m] になったと P 0000000 0000000 BY x 後 ころでPの速さは0m/sとなった。 これを実験 A とする。 (1) ばね定数をk [N/m〕 として を求めよ。 ただし, ばねの質量は無視できるものと する。 [B] 次に、ばねから物体Pを外し, 実験 A とは別のあらい水平面上に静かに置く。 初 速vo を与えると, P は置かれた位置からまっすぐにL[m] だけ進んで止まった。これ を実験 B とする。 (2) Pと面との間の動摩擦係数をμ', 重力加速度の大きさをg [m/s2] としてLを求め よ。 [C] このように, 実験 A と実験 B のどちらの場合でも、ある時点でPの速さは0m/s となるが、このあと両者には違いが現れる。つまり, 実験BではPは静止したままだ が,実験AではPは一瞬止まるだけですぐに逆向きに動き始め、ある別の点Qでふ たたび速さが0m/s となる。 (3) 原点Oから点 Q までの長さを求めよ。 [D] それでは,弾性力と摩擦力が物体Pに同時に作用したら,その運動はどうなるだ ろうか。 ばねを用いる実験 A をあらい水平面上で行うとしよう(これを実験Cとす る)。 座標軸・ばねの設定は実験 A と同じであり,Pと面との間の動摩擦係数は実験 B と同じμ′とする。はじめPは原点Oに静止しているとして次の問いに答えよ。 (4) 物体Pにx軸の正の向きに初速”を与えると,Pは原点Oからまっすぐに x0 [m] だけ進んで止まった。このx を求めよ。 (5) 実験Cで,物体Pが止まったあとそのまま動かなかったとすれば,Pと面との間 の静止摩擦係数μは,どのような条件を満たすことがわかるか。ただし,(4) の x を そのまま用いよ。 16%+ at

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