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Physics Senior High

円運動の問題です。Ⅳの(2)についてどうして3枚目のような解き方をするのかわかりません。 誰か教えて下さい!!

第10講 円運動,回転座標系,万有引力 10-1 図のように点Oを中心とする半径aの円周の一を切り取った中空円筒が,水平面 に置かれた高さaの平らな台(斜線部)の右端に接するように固定されている。この 4 円筒の左側の点Aにおいて, 質量mの小球1に鉛直下向きに速さめを与え, 円筒の 内面に沿って運動させる。 小球1は円筒の最下点(点B)に静止している小球2と脈性 衝突をする。また,円筒の最高点を点Cとし, 点0, A, B, Cは同一鉛直面内にあり 小球1と小球2はこの鉛直面内で運動するものとする。円筒の内面はなめらかであり。 空気の抵抗は無視できるものとする。また, 小球の大きさは無視できるものとする。 重力加速度の大きさをgとして,以下の問に答えよ。 I 小球2と衝突する直前の小球1の速さめ、を, vo, m, a, gのうち必要なものを用 いて表せ。 I 小球2と衝突する直前の小球1が円筒から受ける垂直抗力の大きさNを、 Uo. m, a, gのうち必要なものを用いて表せ。 I 小球2の質量が一mの場合, 衝突直後の小球2の速さV2を, , m, a, gのうち 必要なものを用いて表せ。 V あがある速さり、以上であれば, 質量 れずに最高点(点 C) まで到達できる。 (1) その速さを, m, a, gのうち必要なものを用いて表せ。 (2) = Dのとき, 質量 -mの小球2は衝突後に円筒の内面から離 2 1 -mの小球2が点Cを通過して円筒の左側にある平らな 台上に落下した。その落下地点と点Aとの距離4を, m, a, gのうち必要なも のを用いて表せ。 V 小球2の質量をmにした場合を考える。小球1にめとしてIV (1) で求めた速さひん を与え,小球2に衝突させても小球2は円筒の最高点(点C) まで到達できず円筒の 内面から離れてしまう。 離れる瞬間の水平面からの高さんを, m, a, gのうち必要 なものを用いて表せ。 - 30 -

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Physics Senior High

(3)で小球が最高点に達した時、2物体の速度が等しくなる理由を教えて下さい。 解説を読んでも分からなかったです。 どなたかよろしくお願いします。

17 保存則 53 17 保存則 曲面 AB と突起Wからなる質量 Mの台が水平な床上にあり,台の左 側は床に固定されたストッパーSに 接している。Bの近くは水平面とな っていて,そこからんだけ高い位置 にあるA点で質量 m(m<M)の小 A小球 m W S M B 床 球を静かに放した。小球は曲面を滑り降りて突起w に弾性衝突し,台 はSから離れ,小球は曲面を逆方向に上り始めた。台や床の摩擦はな く,重力加速度をgとする。 (1) 突起Wと衝突する直前の小球の速さはいくらか。 (2) 小球が Wと衝突した直後の, 小球と台の速さはそれぞれいくらか。 (3) 小球が曲面を上り, 最高点に達したときの台の速さはいくらか。 また,最高点の高さ(Bからの高さ)はいくらか。 次に,ストッパー Sをはずして,台が静止した状態で,小球をA点 で静かに放す。 (4) Wに衝突する直前の,小球と台の速さはそれぞれいくらか。 (5) Wとの衝突後,小球が達する最高点の高さはいくらか。 F (東京電機大+日本大) Level(1) ★★ (2) ★ (3) ★ (4), (5) ★★ Point & Hint (2) 弾性衝突は運動エネルギーが保存される衝突だが, 反発係数 e=1 で扱いた い。 (3) 最高点に達したとき, 小球は台に対して一瞬止まる。水平方向には外力がない ので,ある保存則が成り立つ。後半はもう一つの保存則を用いる。 ただし, 物体 系に対して適用する。 (4) 2つの保存則の成立。 (5) (3)と同様に考えるのが正攻法だが, ……もっとスッキリと解ける。

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Physics Senior High

1枚目のピンクで丸している問題(ア)を 教えてください。 2枚目が解説です。

~に]には指定された選択肢か い 1 ら最も適切なものを1つ選べ。重力加速度は一定で,その大きさをgとする。 次の問いにおいて,天井と床は,いずれも剛体であり,固定されているものとする。ばわ は,質量が無視できるものとし,ばね定数がk,自然の長さが Loであり,まっすぐ伸び縮み するものとする。ブロックは, 質量が mで, 大きさが無視できるものとし,その運動は、同 一直線上から外れないものとする。 図1のように,天井からばねをつるし, ばねにブロックを取りつけた。 ばねの自然の長さを保つようプロックを手で支え,静かに手をはなした後 ばねが最も伸びるまでの運動を考える。ブロックにかかる力は, 重力とば ねの力のみであるとする。図2は,ばねが最も伸びる途中までの, ばねの 長さと,プロックにかかる重力(点Aと点Cを通る太線)とばねの力 (点B と点Eを通る太線)の関係を示す。 ブロックにかかる重力とばねの力がつりあうとき,ば ねの長さはい]である。ばねの長さが Loからいに なる間に重力がブロックに行った仕事の大きさは, 図2 ろの面積と等しい。また,この間にばねの力が プロックに行った仕事の大きさは,図2の は]の面 積と等しい。したがって,ばねの長さがいのとき,ブロ ックの運動エネルギーは[ア]である。ばねがさらに 伸び,プロックの運動エネルギーが0になるのは, ばね の長さがに]のときである。 次の文章を読み, ア]に適切な数式を記せ。 天井 ばね ブロック 図1 ブロックにかかる力カ (鉛直上向きが正) Lo い の ばねのカレ傾きん ;E B D 0- ばねの長さ A重力 C! 図2 い と に |の選択肢 の Lo+ mgk の Lo+mgk 3 Lo+2mgk mg O Lo+ 2k 2 6 L+ mg 6 Lo+ 2mg k ろ の 三角形BED は |の選択肢 2 四角形 ABDC 3四角形 ABEC

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