学年

教科

質問の種類

物理 高校生

(2) 力学的エネルギーの変化量を考えるとき、動摩擦力による仕事は考えなくていいんですか?

第1章力学 問題 18 仕事と力学的エネルギー ② ばね定数k (N/m) の軽いばねの一端に,質 量m(kg) のおもりAをつけたばね振り子が ある。このばね振り子をあらく水平な床面上 物理基礎 公式 A U = 11/√ kx² 100000000 năm Q 0 -31 P IC 5/ 置き ばねの他端を固定する。 ばねが自然長のときのAの位置を原点と する。 図のように, Aを原点Oから点P(x=5/〔m))まで引っ張って、静か にはなした。Aは左向きに運動し始め、点を通過した。 その後、x=-31 (m) の点Qで静止した。 床面とAとの間の動摩擦係数をμとし、重力加速度 の大きさをg(m/s) とする。 (I)Aが点PからQまで運動する間に、動摩擦力のする仕事 W (N・m) を求 めよ。 Aが点PからQまで運動するときの, Aの力学的エネルギーの変化量 ⊿E (J) を求めよ。 (3) ⊿E = Wが成り立つことを用いて, μを求めよ。 弾性力による位置エネルギー(弾性エネルギー) U (J) (k (N/m): ばね定数 〔m〕: 伸び縮み) (I) おもりAにはたらく動摩擦力の大きさはμmg 〔N〕でPからQまでの移動 距離は8/〔m〕 である。 よって, 求める仕事 W [N·m〕 は, W=-μmg818μmgl (N・m〕 (2) 求めるのは「力学的エネルギーの変化量」なので、 おもりAの運動エネル ギーと位置エネルギーの和の変化量を考える。 Aは水平方向に運動しているので, 高さが変化しておらず重力による位置 エネルギーは考えなくてよい。 また, 点P, 点Qは自然長(原点O)からずれ た位置なので,点P, 点Qにおいて, Aは弾性力による位置エネルギーをもつ。 点P,Qにおける, 弾性力による位置エネルギー Up, UQ[J] は, それぞれ, 〈千葉工業大 〉 Up = =1/21k(50)2-252k2 =/( 9 U₁ = ½k (31)²=kl² 2 (解説) ばねが自然長から伸びたり縮んだりしているとき, ばねの両端 には自然長に戻ろうとする向きに力が生じる。 この力を弾性力 点Pでは 「静かにはなし」 点Qでは 「静止した」 ので, それぞれの点で速 さは0.すなわち, 運動エネルギーKP, Ko〔J〕 も0になる。 よって という。 4E = 0 + 25 0+ -kl² 2 == 8kl² (J] 変化後KQ+ UQ 変化前 K + Up 公式 弾性力の大きさF(N) F=kx (k(N/m〕: ばね定数 〔m〕: 伸び縮み) (3) ⊿E = Wより ※ 弾性力の向きは, 自然長に戻ろうとする向き。 - 8kl² == -8umgl よって, μ = kl mg F ⇒縮みx, 弾性力F,=kx, 弾性エネルギー U22kx2 自然長⇒弾性力0, 弾性エネルギー 0 X1 X2 mmmm 000000 F2 ⇒ 伸びzy→弾性力Fy=kx, 弾性エネルギー U2=1/2k2 自然長 注 ここで, p.39 公式 力学的エネルギーと仕事の関係と p.37 公式 運動エネル ギーと仕事の関係の違いを、しっかりとおさえておこう。 保存力である重力 弾性力について, 位置エネルギーを考えるのが 「力学的エ ネルギーと仕事の関係」 であり, 仕事を考えるのが 「運動エネルギーと仕事の関 「係」である。 1つの式の中で、重力 弾性力の位置エネルギーと仕事を同時に考え こることはない! た, ばねは伸びたり縮んだりしているとき, 弾性エネルギーを蓄えている。 エネルギーは弾性力による位置エネルギーともいう。 kl (1) W = -8μmgl〔N・m〕 (2)4E = - 8kl[J] (3)μ= mg 4. 仕事とエネルギー 41

解決済み 回答数: 1
物理 高校生

(4)の問題です。 ロープの張力がすなわち引く力となるなら(4)の動摩擦力と等しくなったら動かなくなりませんか?教えてください!

例題18 水平面上の仕事 粗い水平面上に置かれた質量50kgの物体にロープをつけ,水平方向に 100Nの力で引いて、ゆっくりと10m移動させた。このとき,次の力がし た仕事は何Jか。ただし,重力加速度の大きさを9.8m/s²とする。 (1) ロープの張力 (2) 重力 (3) 垂直抗力 (4) 動摩擦力 指針 ゆっくりと移動させているので,物体が受け る力はつりあっている。これらの力を図示して、 仕事 の公式 「W=Fxcose」 を用いる。 そのとき, 力の向 きと移動の向きとのなす角に注意する。 垂直抗力 「解説」 (1) 物体が受ける 力は、図のように示される。 ロープの張力と移動の向きは 同じ (0=0°) なので, 動摩擦力 100N 重力 W=100×10×cos0°=1000=1.0×10°J (2) 重力の向きと移動の向きは垂直 (0=90°) なので, ・基本問題 103, 標準問題 106 50kg 100N -10m- W=(50×9.8) ×10×cos90°= 0J (3) 垂直抗力の向きと移動の向きは垂直 (0=90°) なの で, (2)から,垂直抗力がする仕事はOJである。 (4) 動摩擦力の向きと移動の向きは逆(0=180℃) なので, 動摩擦力がする仕事は負となる。 W=100×10×cos180°=-1000=-1.0×10°J Advice 各力の仕事の和は、 合力の仕事に等しく, 物 体がされた仕事の和になる。

解決済み 回答数: 1