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Physics Senior High

読んでいただいてありがとうございます。 力学の質問があります。 こちらの問題の(2)なのですが、私はカエルの出したエネルギーというのが、どうにも気持ち悪くて、画像2枚目のように力積で考えてみたのですが、答えが合いません。。 どこで間違ってしまっているのでしょうか。 どなた... Read More

カ学 58 天井からつるした滑車の両側に,それぞれ質 量mの皿A, Bをつるし、 皿Aに質量 Mの蛙、 皿Bに同じ質量Mのおもりをのせてつり合わせ る。I, 蛙, おもり以外の質量は無視できる。 この蛙は,床では高さんまで鉛直にとび上が れる運動エネルギーを出せるものとする。蛙が 同じエネルギーで皿Aから鉛直にとび上がると き、以下の間に答えよ。蛙の大きさは無視する。 0(1) 蛙が皿からとび上がるときの床に対する初 速度の大きさをVとし, 皿Aが床に接近する初速度の大きさかた 19 保存則 19 保存則 59 M V M+2m リ= 正の向きを 決めるのに 運動量保存則が成り立つためには, 物体 系に外力が働かないか, 働くとしても, そ GくUターン形 x4 x の座標軸を の力が0であればよい。 考えている。 M M (2) 蛙が出したエネルギーは Mgh であり, いまは,それが全体の運動エネル いだしたし4んかし 20 ギーに使われているから Mgh = ;MV2+小(m+M+m) 1 2 A B 2 (M+2m)gh M+m のを代入してVを求めると V= (3) 蛙がとんだ後の,皿とおもりの系につ いても1次元化を利用すると,加速度を a (M+m)g M, m, およびVで表せ。 X (2) 蛙の初速度の大きさ VをM, m, h, および重力加速度gで表せ。 (3) 蛙が皿Aから離れる距離の最大値はんの何倍か。ただし, I皿と床 の衝突はないとする。 mg aとして o。 (m+ M+m)a=-mg+(M+m)g M a= (埼玉大) M+2m IAの加速度は鉛直上向きにaであり, 蛙の加速度は下向きの重力加速 度gだから,皿に対する蛙の相対加速度は,上向きを正として,-gーa と なる。一方,相対初速度は Vー(一) =DV+v であり, 最も離れたときの Level(1)~(3) ★★ 相対速度は0だから Point & Hint (1)問題を1次元に焼き直して考えてみるとよい(問題24 (1参照)。すると, 物体系に対して重力という外力が左右に働くことになるが,そ の合力は……。 0°-(V+v)? = 2(-g-a)h' h'は距離の最大値である。①, ②, ③より, V,v,aを代入してんを求め 「保存則」というタイトルが大きなヒントになっている。 ると(①を用いてひをVに直してから②を代入するとよい), h'=h よって,1倍 (3)運動方程式を用いて, 皿Aに対する蛙の運動(相対運動)を考える。 10。 ECHURE (1) 次元化すると次のような力学系と同等である。外力としての重力は丘 右とも(M+m)g と等しく。 合力は0となっている。よ って, 運動量保存則が成り 立つ。右向きを正とすると Q 蛙が皿Aから最も離れる時と,蛙が床に対して最高点に達する時では、 どちらが先に起こるか。計算ではなく、定性的に考察してみよ。(★★) (M+m)g Mg や蛙 (1)で蛙がとび上がるときAを押す力を N, 糸の張力をT, その際の時 間をAtとする。蛙,A, Bとおもりの一体,についてそれぞれ力積と運 動量の関係式を記し, 次に運動量保存則を導いてみよ。 (★) mg 滑らかな水平面 0=-mu+MV- (M+m)u

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(3)の最高点を求める問題で、小球が高さhの点にいる時にストッパーによる非保存力が働いていると思うのですが、なぜ系全体の力学的エネルギー保存が使えるのですか?

53 17 保存則 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 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。 A 小球 m W 台 M S B 床 X す) 000突起Wと衝突する直前の小球の速さはいくらか。 00の 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 度 ば 置 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。 0OO Wとの衝突後,小球が達する最高点の高さはいくらか。 (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。 13 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。 x

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Physics Senior High

アから分からなくて分かる方教えて頂けませんか?

次の文中の[ 内に適当な式または数値を記入せよ。 「大 00S 質量 m の物体を,1図のように水平軸と 0の角度をなす高さ hのなめらかな斜面上 市 お す頂1 S ンチ で V。 10 を,初速 。ですべり上がらせて空中に飛 Vo ho点e 0 び出させた場合と,2図のように角度6, 初速 voで投げ上げた場合について考える。重力加速度の大きさをgとし,空気の抵抗は 1図 出 2図 最 る ないものとする。 な e (日)を 換 1図の場合,斜面の終端P(高さ h)における物体の速度の水平方向成分はア 鉛 直方向成分は口イ]である。斜面を飛び出し最高点に達したときの高さ HAはL となる。一方,2図の場合では,物体が高さ んに達したときの速度の水平方向成分は さ 鉛直方向成分は オとなり,その後,最高点に達したときの高さHBはっさこ。 となる。 エ カ 加 明あ還 (1) HAと Hgの差キ]について考える。高さ hの位置より上ではいずれの場合も放物 運動をしており条件は同じであるが,「イ」と「オを比べてみると,すでに高さ h (8) の位置で鉛直方向の速度成分に違いが生じている。そこでhに達するまでの違いを考え。 る。1図の場合,斜面上をすべり上がっているときに, 物体が斜面から受けている力の実き 鉛直方向成分の大きさは, m, g, 0を用いて表すとクとなり, その向きは上向き S) である。斜面の下端0から終端Pまで動くときの鉛直方向の移動距離はケである。 から,その間に物体が斜面から受けた仕事の量はココとなる。これが1図と2図のこ[) 高さんにおける鉛直方向の速度成分による運動エネルギーの差に相当しており, さらに 水 最高点 H。とH。の差に相当する位置エネルギーの差となっている。 生 AN 一方,1図において物体が斜面から受ける力の水平方向成分の大きさはサで,そ- の向きは物体の運動の水平方向成分の向きと逆である。また,0からPまでの水平方向 こ品 ね の移動距離は「シ]だから,その間に物体は斜面に対しスの仕事をしたことにな る。 コ]と口スより, 斜面の下端0から終端Pまで動く間に物体が斜面から受け S た仕事と斜面に対して行った仕事の差し引きはセとなる。結局,斜面がない場合 に比べて,斜面の存在により運動エネルギーが水平方向速度成分によるものから鉛直方 向速度成分によるものヘソコだけ移されたとみることができる。 山 [m) お つ

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