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Physics Undergraduate

大学古典力学の2質点系の問題です。 この問題の(II)で重心Gに対する相対位置ベクトルとして、解答下線部のようにおいていますが、何故こうなるのですか?分かる方がいましたら教えて下さい。

演習問題 96 2質点系の運動 (I) 右図のように xyz 座標をとる。 長さ 3r の質量の無視できる棒の両端に,それ ぞれ質量 2mmの質点を取り付けたも のが、その重心Gのまわりを一定の角 速度で回転している。 重力はy軸の負voy = の向きに働くものとし、この2質点系の y4 2m cart ro Wo m Vo. vosino- Pox VoCose ス 重心Gを, 原点から、時刻 t = 0 のときに 仰角6 (0<</2)初速度 Do = [Vox, Voy, 0]. (vo=||vo||) で投げ上げるものとする。 このとき、この回転しながら運動する 2質点系について、時刻におけ る (i) 全運動量P, (ii) 全運動エネルギーK, () 全角運動量Lを 求めよ。 また, (iv) この2質点系の位置エネルギーを求め、力学的 ネルギーが保存されることを示せ。 ただし, 2質点系の回転はxy 平面 内で起こるものとし、 空気抵抗は無視する。 ヒント! (i) 全運動量P=PG, (ii) 全運動エネルギーK=KG+K', (i) 全角運動量L=Lc+L' の公式通りに求める。 (iv) 位置エネルギーの基 準を zx平面にとる。 解答&解説 P=Pc=3mUG (ii) 2質 K = (KG ここ KG= 質量 重心 K質重Gがで対 G が, で 対 Vol (速 V01 G Toz こ Vo さ V02 -v=jo =[var-gt+v 以 G (3m) (i) 2質点系の全運動量Pは,全質量 3m が集中したと考えたときの重心Gの運動 量 Pc に等しい。 重心Gには,重力に よる加速度g = [0,-g, 0] が生じるので, その速度UGx成分は, Per PacOS (一定成分は, Voy = - gt+ vosino となる。 t = 0 のとき Poy= Posin より ∴Uc=rc=[vocose, -gt + vasin0, 0] ……① より, P=Pc=3mUc=3m [vocoso, gt + vesin 0, 0] となる。 K 162

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Mathematics Senior High

(1)の問題について質問です。 Aさんを基準にして、4!=24として答えを出したのですが、画像の解答の式ではなく、このように解いても、考え方はあっていると言えますか?

練習問題 9 Aを含む男子3人と,Bを含む女子3人が円形に並ぶ. 次のような並び 方は何通りあるか. ただし, 回転して重ねられるような並び方は同じとみ なし区別しないことにする う考え方は、理解してしまえ (1) A. Bが向かい合うような並び方 (2) A,Bが隣り合うような並び方 (3) 男女が交互に並ぶような並び方 精講 円順列には,「場所を区別した上で並び方を数え、重複度で割る」 という考え方と,「1人の場所を固定する」という考え方の2つが あります. どちらも、とても有用ですので,ここでは両方のやり方で解いてみ ようと思います. A (L) 解答 =12通りありますか 右図のように,場所に番号がついていると考える (1) Aの場所の決め方は6通り, Aの場所が決まればB の場所は1通りに決まる. そのそれぞれについて残り 4人の並べ方は4! 通りあるので,全員の並べ方は5 並 1 6 2 O 3 4 6×4! 通り A&TO 番号の区別をなくしたときに同じ並べ方になるもの は,それぞれにつき6通りずつあるので, 求める場合の数は (2 OAS AS (E) 6×4! =24通り 6

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