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Physics Undergraduate

これが全く分からないのですが教えていただけないでしょうか

問題:ロケットは、燃料を燃やしてできる燃焼ガスを高速度で噴射しながら加速する。 この加速の仕組み ロケットを本体と燃料からなる質点系として考えてみよう。ロケットは連続的に燃焼ガスを噴出して飛行 るが、ここでは初め At の間にどれだけ物理量が変化するか離散的に考え、後で連続極限 At →0 を取 ことにする。また、ロケットは直線的に運動しているとして1次元的に扱い、 ベクトル表記はしなくても良い 時刻[s]において質量 m(t) [kg] で速度 v(t) [m/s] で飛行しているロケットが、 「単位時間あたり質 b>0[kg/s] の一定の割合」で燃焼ガスを後方に「一定の大きさVの相対速度」で噴射しているとする。 ここでVはロケットと燃焼ガスの相対速度の大きさであり、ロケットの進行方向を正の方向とした時、 焼ガスの速度はv(t) -V で表すことができる。 短い時間 At の間にロケットは質量 bAt の燃焼ガスを後方に噴射しているので、 時刻t+ Atにはロ ケットの質量はm(t+ At) =D m(t) + Amになり(ただし燃焼ガスを噴射するので Am = -bAt < 0)、ロ ケットの速度は v(t+ At) =D v(t) + Avになるとする。 (注:この問題ではロケットは宇宙空間を飛んでいるとし、地表で働く一様な重力は考えなくて良い。) (1)燃料の噴射前後(時刻とt+ At の間)でこの質点系の運動量が保存することを式で表そう。 エンジンの中で 噴射するガスの 反作用で加速 燃料を燃やしてできる 燃焼ガスを噴射 物理学I(精機)第12回 レポート問題 1 問題(つづぎ): (2)(1)で得られた式に対し、 Amと Av は小さい量なので、 その積 AmAv = 0 という近似を用いることで、 m(t)Av + VAm%3D0 の関係が得られることを示せ。 (3) At の時間が経つ間のロケットの質量の変化は Am でのロケットの質量の平均の変化率は ーbAt <0 で与えられることから、 At の時間内 Am =DーDD<0 At と表現される。At →0 の極限を取ることでロケットの質量の変化を表す微分方程式を導け。 そして、 初期条件としてt3D0[s] でm(0) =D mo [kg] を与えることで、 初期条件を満たす特解 m(t) を求めよ。 ただし、この問題で扱う時間の範囲内ではロケットは内部の燃料を全て噴出するほど時間は経ってい ないとする。 (4)(2)で示した式を At で割って At → 0 の極限を取ることで、 速度vの変化を表す微分方程式を求めよ。 (5) ロケットがt=0[s] で静止していた(v(0) %3D 0)として、 (4)で求めた微分方程式の初期条件を満たす 特解 v(t) を求めよ。

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Physics Senior High

表とグラフと加速度の値をおねがいしたいです!

DL 4.運動の法則(2) 表4 リーt グラフ 買量の 逆数の値 目的 物体に一定のカを加えたとき,その物体の質量と生じる加速度の間にどのような関係があるかを調べる。 質量m (kg) 加速度a [cm/s 30 仮説の設定 物体の質量mと生じる加速度aの間には、 及化作 の関係がある。 速み 0.25 使用器具 d.T 力学台車,砂袋(おもり用),輪ゴムと木尺または定力装置、ものさし(50cm 以上),交流用記録タイマー,記録テ ープ,セロハンテープ,車止め,はかり,フック |0.75 [em/s) 実験 (1) 運動の法則(1)と同様に,輪ゴム2本を木尺の先に付けたフックにかけ,輪ゴムの伸びが一定になるまで伸ば して木尺に目印をつける。輪ゴムを目印のところまで伸ばし、伸びの長さを一定に保ちながら力学台車を引く 練習をする。(定力装置を使用する場合は省略する。) (2) カ学台車に砂袋をのせて,その質量 m [kg) を測定し,表1に記入する。記録テープをセロハンテープでカ 学台車に付け,(1)の要領で引き,その運動を記録テープに記録する。 各記録テープについて,記録テープの判別できる最初の点を時刻 0.0s とする。そこから 0.10sごとに時刻を 記入する。(0.10 sは毎秒 50 打点の記録タイマーの場合は5打点,毎秒 60打点の記録タイマーの場合は6打 0-0d1 0、2 0時 G 0-6 0-7 tuf 0.9 1.0 ーグラフ a- m グラフ a 点となる。) (4) 0.10sごとの打点の間隔を測定し, 変位 1 [cm] として表1に記入し, 平均の速度u [cm/s) を計算する。 (5) カ学台車にのせる砂袋の数を変えて(2)~(4)を繰り返し,表2, 表3に記入する。 (6) 表1~表3より平均の速度と時刻のグラフ(-t グラフ)をかく。 (7) v-t グラフより加速度を求め,表4に記入する。 (8) 加速度と質量のグラフ(a-m グラフ), 加速度と質量の逆数のグラフ( a-ニグラフ)をかく。 加 加 速 速 度 度 結果と考察 [em/se) [cm/se] 力学台車と砂袋の質量 m= U、2r kg 表1 時刻 0.0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0 m 1 m 変位! [cm) 速度 [em/s) a6 6.0 /|||2.4|13、4144111. 9 よ、3|9.9 質 量 (kg) 質量の逆数の値 6 19 16 /2 13|10|10 3r 23 1. a-m グラフ, a-1 2.運動の法則(1) と運動の法則(2) についてまとめよ。 グラフより質量と加速度の間にはどのような関係があるか。 表2 力学台車と砂袋の質量 m= 0.7F kg 時刻と 0.40 0.50 0.90 1.0 0.0 0.10 0.20 0.30 0.60 0.70 0.80 感想·反省 変位1 Lcm」 2.0 5、6 8.11 9.5 110-4 1.0||2r|132 13.5 14.4 速度 [cm/s] 6 15 7 97 36 360mg2 25 I5 3 力学台車と砂袋の質量 m= 0.r kg 表3 | 時刻 0.50 0.70 0.80 0.90 1.0 0.0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.60 変位1 [cm」 え0|35 2.3 15.4 31 7.3|9.1| 0. 2|1 2 8 ひ.8 b.0 15 速度u [cm/s] 1|| l0 10 I5 19 18 5

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