物理のエッセンス　力学　74 運動方程式 解答では発射された質量mのガスを正と仮定していますが、私はロケットとは逆方向だと仮定し負にしました。 3枚目が私の考え方なのですが、合っていますでしょうか？

60 力学 以下,滑らかな水平面上での現象とする。 70 2kgの球Pと10kgの球Q が図のように衝突し た。 衝突後のQの速度を求めよ。 71* 静止している質量Mの木片に質量mの弾丸が速 さひで突き刺さった。 木片の速さを求めよ。 ま た、系から失われた力学的エネルギーEを求めよ。 72* 質量Mの粗い板が置かれている。 質量mの物体 が速さで飛んできて, 板上をすべり,やがて板 に対して止まった。 最後の全体の速さ”はいくらか。 運動工か? なんでだ... 73 静止していた物体が,質量mとMの2つに分裂し した。両者の速さの比v/Vと運動エネルギーの比をそ れぞれ, m, M で表せ。 m vo 6m/s 3m/s Po- mvo ■ 運動量保存則はベクトルの関係だから,直線上に限 らず,平面上で起こる衝突･分裂に対しても成り立つ (証 明は前ページちょっと一言と同じ)。 そのような場合には x,y 方向それぞれの成分について式を立てる。ときに は,運動量のベクトル図を描いて考えてもよい。 High 物体系に働く外力の和が0とな Miss 摩擦があると運動量保存則が使えないと思う人が多い。 でも物体と 板の間の摩擦は内力だ。 作用・反作用 3m/s M V A M 0? m トク 静止からの分裂速さは(運動エネルギーも) 質量の逆比 ムズム 74* 速さ Voで進む質量Mのロケットから質量mのガスを後方に噴射したとこ ろ, ロケットから見てガスはuの速さで遠ざかった。噴射後のロケット(質量 M-m) の速さ Vはいくらか。 相対速度の考え方 M V2 V2

この問題に関して質問です。 （ハ）の解説で2行目の式から3行目の式にどうすれば変換できまか？ 教えて頂けると助かります

3 重力波はアインシュタインの一般相対性理論により約100年前に予言された, 空間の伸び縮 みが横波として伝わる現象である。 2016年に重力波の初めての直接検出が報告され,現在では世 界的に観測が行われている｡ その基本的な原理はマイケルソン干渉計によるものである。 図のようなレーザー光源を用いた装置で, 光の干渉を利用して微小な距離変化を測定する。 装 置は、真空中にあるとする。 レーザー光源から出た光の進行方向をx軸の正方向に取る。 レーザー 光源は軸上の<0の位置にある。原点Oに軸に対して45°傾けて設置された厚さがじゅう ぶんに薄いビームスプリッターにより、レーザー光は半分透過し、残りが反射する。 透過した光 はそのままぁ軸上を進み, z=L+Xの位置にある鏡1で全反射する。 一方,原点で反射した 光は軸に垂直な方向に進行する。 この進行方向を軸の正方向に取る。 y軸上を進行した光は、 =L+Yにある鏡2で全反射する。 鏡1と鏡2で反射した光は再び原点0で半分に分けられ、 部がy軸上の負の位置にある点Dの光検出器に入射する。 これにより, AOBOD という経路の光 と, AOCOD という経路の光が干渉し、 検出器で観測される。 レーザー光の波長を入とする。 簡 単のため、 透過や反射による位相の変化はないものとする。 鏡の動きは光速と比較してじゅうぶ んに遅く、 入射する光と反射する光の波長は変化しないとする。 以下の問に答えよ。 (イ) 点Dで光が強め合う条件を,L,X,Y, 入および整数mより必要なものを用いて表せ。 (ロ) 鏡2をY = 0 の位置で固定したまま鏡1を X = 0 の位置から軸上を正の向きに距離 α だけ動かした。 鏡1を動かしている間に点Dで光の干渉を観測したところ、 弱め合いが N回 観測され、移動後は,ちょうど強め合っていた。 ① を L, N, 入より必要なものを用いて表せ。 重力波によって空間の伸び縮みが生じると, x,y 軸方向の光路が時間に依存して変化する。 そ こで鏡1と2が微小な単振動をするモデルを考え, X(t) = Acos (wt), Y (t)= Acos (wt+Φ) と表す。 ただし, A > 0, w ①,0≦2とする。 ここでは重力波のやってくる方向に よって決まる定数である。 (ハ) 光路差が時間によらず0となるとき, 重力波は検出できない。 このときの中の値を答えよ。 (-) 光路差の大きさをf(Φ) sinwt + t + 2/2) | の形に表すと、f(Φ) = K sin0 となる。 ただし, K はによらない正の定数である。 K と 0 を、 それぞれL, 入, A, Φより必要なものを用いて表せ。 (ホ) さまざまなの値に対するf(Φ) の最大値をL,入, A より必要なものを用いて表せ。 (へ) A = 1 x 10-21L, X = 1 × 10-6mのとき, 問 (ホ)の光路差の最大値をレーザー光の波長 入 の 4 x 10-10倍にするには, Lを何km にする必要があるか。 有効数字1桁で答えよ。 実際の重力波干渉計では、図のような装置にさらに鏡を追加してレーザー光を往復させ、 実効 的な光路長を長くする。そのため、実際の装置の大きさは,問(へ)のLの値より小さい。 201 w710-al 532 9 X 3275 6 IT レーザー光源 200 #31 37 エイ 37 L+Y [D 鏡 2 ビームスプリッター 鏡1 = Bª L+X 光検出器 Acasat sma -A sinut eard + Ato sulle Ksmo smot cov? + covul sm f v/ - In 4. JA 27-

力学的エネルギー (2)の途中式を教えてください🙇

発展例題 24 ばね振り子の力学的エネルギーー 図のように、天井に固定された軽いばねに質量mのおも りをつるしたところ, ばねが自然の長さからだけ伸びた 点0で静止した。 おもりを下に引きOからばねがαだ け伸びた点Aで静かに放した。重力加湿度の大きさを」と する。 (1) このばねのばね定数はいくらか。 この 解答 (1) ばね定数をkとすると,点での力のつりあいから, 平面上に kxo-mg=0 よって, k=mg XCO FACIEEJATIO (2) 点Oを重力による位置エネルギーの基準とする。 点0 でのお もりの速さを”とすると,点Aと点0での力学的エネルギーは 等しいから, 平 HOMO (2) おもりが点0 を通過するときの速さはいくらか。たし D (3) おもりが達する最高点の, 点0からの高さはいくらか。 考え方 弾性力と重力による運動力学的エネルギーが保存される。E=K+U=一定 0+ (−mga) + ¹k(x₁+a)² = 1 {mv ² + 1/2 kxo ²1 stb... h② 23 2 k =a. ①,②から1/12/ka²/12/2mu よって,v=q = a√3/1² = m Vxo 最高点の点 0 からの高さをxと になる。 000000000 9 ①.③から1/2/kd2=1/12/kx²2 よって、x=a 35, -kx2 よって, x=a 自然の長さ cxo 0000000000 F000000000 a 補足 (3) 点0 をおもりの変位 xの原点とし, 鉛直上 向きを正の向きとする。 このとき,自然の長さ の位置はx=x である。 ・ • 0<x<xの場合: ばねの伸びは x-x xx の場合: ばねの縮みはx-xo 最高点の位置x が (3) 最高点では速さは0 どちらの場合でも, 弾性力による位置エ すると,点Aと最高点での力学的エネルギーは等しいから、ネルギーは 0+(-mga) + 1/12/k(x+a)^2=0+mgx+1/12k (x-x)?…. ③ 1/k(x-x₁) ² JIM OR*

【3】の問題の答えは力学的エネルギー保存で求めてるんですが運動方程式を使ったやり方ではできないのでしょうか？

例題 44- ばね定数k (N/m) のばねにm[kg]のおもりP をつり下げて静止させた。 重力加速度の大きさを g [m/s*] とする。 (1) ばねの伸びはいくらか。 (2) Pを下から支えてばねを自然長にもどし、 急に 支えをはずす。 Pはこの位置から最大どれだけ下がるか。 (3) この後,Pは単振動をする。 Pの速度の最大値v はいくらか。 (1) (重力)=(弾性力) より mg = kl :. [= mg (m) (2) P はつり合いの位置を振動中心として単振動するので, 1 = 2mg (m) (3) 点Oを重力による位置エネルギーの基準にとる。 点 AにおけるPの速さは0なので, 力学的エネルギー保 存則は Em xét +12/2x00 ×0² + mgl = 1/2mv³+½kl² + mg x 0 X (点O) (点A) 左辺に mg = kl を代入して 1/ kľ² = 1 +mv³² Vo=1₁ = √2=9√(m/s) k x0°+. llllllllll (点A) ( 点0 ) P ellereelle 自然長 上A (参考) ①1/2kx²xをつり合いの位置からの距離と考えれば, mgh は, 立式の際, 考える必要がないことを意味している。したがって,次のよう な形で,力学的エネルギー保存則を適用してもよい。 11/12mx+2/12/k1=1/2/m+1/2kx0 中心-0 Vo 下端

四角12の問題です。 模範解答では、小球AとBを接触させたあとの電気量が(Q+q)/2となっていますが、私はAとBの電気量は異符号なので(Q-q)/2もしくは(q-Q)/2となると考えてしまいました。どうして模範解答のようになるのでしょうか。 よろしくお願いします。

問3 電気量Q [C] に帯電した金属小球Aと電気量q [C] に帯電した金属小球Bを距離R [m〕 離して固定 した。 無限遠での電位を0Vとし、クーロンの法則の比例定数をk [N・m²/C2〕 とすると, 小球AとBを 結ぶ線分の中点での電位は 11 〔V〕 である。 また,このとき小球AとBの間にはたらく静電気力は引 力で,その大きさは F [N] であった。 つぎに、 小球AとBを接触させて,再び距離 R [m〕 離して固定し たところ, 小球AとBの間にはたらく静電気力は斥力となり,その大きさは1/13F [N] であった。このとき, |g|>|Q| とすると, Qとの関係は12である。 ただし, 小球AとBの材質は同じで, AとBを接触さ せると電荷は均等に分かれるものとする。 4k(Q+q) ① の解答群 ② R² 2k(Q+g) R 11 | の解答群 ⑥g=-7Q 12 2k(Q+q) R 6 ① g = -2Q 4kXQ+q) TR² =-3Q ③g=-4Q 2A(Qfg) R² @ _q=-5Q \k(Qfq) R q=-6Q 11 リ

これは何の公式を使って解くのか教えてください🙇‍♀️

mn K₁= K3= 次の文章中の空欄 30 問3) 31 に入れる式と数値として最も適当なも のを,それぞれの直後の{}で囲んだ選択肢のうちから一つずつ選べ。 3m される核融合反応が生じたとする。 衝突前の2個の2Hの運動エネルギーは等 2個の重水素の原子核2H が直線上を逆向きに運動して衝突し, (*) 式で表 しく、ともに ( 35 MeV であった。 反応後のヘリウムの同位体の原子核 3Heの 運動エネルギー, 中性子 n の運動エネルギーをそれぞれK,Kとすると,エ SE ネルギー保存則より、はじめに2個の"Hがもっていた運動エネルギーおよび 核融合反応で発生する核エネルギー E1 の総和が, K3 および K1 の和に等しい。 例するので, 中性子の質量を mm とすると, ヘリウムの同位体の原子核の質量 陽子と中性子の質量がほぼ等しいと考えると, 原子核の質量は核子の数に比 は3mmと表せる。よって, Ki を Ks を用いて表すと CS.0 ①/12/13 31 30 Moro . ①① 1.0 ②② 2.3 (3) 3.0 ④ 4.2 8C 17.0 ② //ks である。 B1=33MeV であるとすると. ③ 3K 3 4K3 MeV である。 k.m nip P3=√12kg 3mm Pi=√2kimn P3-P120 N2km-N2kimn=0 K₁ = 3 K3 2 0.35Mevx2+3.3MeVzk3+3k k321.0MeV p= b = 4 = E p=√12k-3m

どうして②のところmg(h+R)じゃなくてmghなのでしょうか？位置エネルギーは左辺は原点の高さを下にしているので右辺もそうするのだと考えたので何故違うのかわからないです。

*第20問 次の文章を読み、下の問い ( 1~3)に答えよ。 (配点12) [10分 図のように、質量の小球を曲面上の点Aから静かに放したところ、小球は曲 面上をすべり下り、さらに点Bから半径Rの円筒面上をすべって意じで円筒面から 離れた点の高さは点Bから漂ってんである。また、円筒面の中心をと OCと直線のなす角をとする。 ただし、重力加速度の大きさをりとする。 A 問3 cos 0はいくらか。 正しいものを､次の①~⑤のうちから一つ選べ。 3 CDS0 ① R-2h 3R R+2k 3R 2(R-A) 3R 2(R+h) 3R 2k 3R

(1)1/√2ってどこからきたのですか？

m (a) k k 1000-0000 m (b) k 図9-33 M ばね定数にのばねに質量mのおもりをつないで単振動させたところ, その周期はTであった。 次に同じばねを2本, 図] (a) のように並列につなぎ, それらに質量m のおもりをつないで振動させた。 (1) このときの単振動の周期をTを用いて表せ。 次に同じばねを2本, 図(b)のように直列につなぎ, それに質量Mの おもりをつないで振動させたところ, 図 (a) の場合の周期と同じであっ た。 (2) おもりの質量Mをmを用いて表せ。 長さが違ったりすると、ばね

ベストアンサー等しっかりつけさせていただくので回答いただけるとありがたいです。 物理のおもりが付いたバネにおいて、ばねが一番縮んでいるときの位置エネルギー1/2kx^2が、バネが自然長になったときすべておもりの運動エネルギーに変わっていると思うのですが、ここでおもりがバネ... 続きを読む

物理のエッセンス熱の問8について、mNaが1モルの分子の質量になるのがなぜなのか分かりません。単位的にもそうなるとは思えなかったのですが、分かった方は教えて下さると有難いですm(_ _)m

かはないはず) ひx2 = by²2=022 よって 72=30x2 ③,④より F=- Nmv² 3L よって P-E-Nmv²_Nmv² 3L3 P= L2 3 V この結果を状態方程式 PV = nRT= -RT と比べてみれば (PV=) Nmv²_N_RT =hty mv²-3. R.T A NA 2 NA 3 定数は平均に関係しないから、 ギーの平均値を表していることになる。 F N NA 気体の内部エネルギー 1/2mv1.2mに等しく,分子の運動エネル M ③ 分子の平均運動エネルギー 1/2mv=12/2 NT=12/2kT 3 R -mv². NA ちょっと一言 この式は重要。 温度は化学では熱い冷たいの目安に過ぎなかった のが、分子の運動エネルギーで決まっていることがこうして分かった んだ。また,分子が運動をやめる T = 0 が最も低い温度となることも 示唆されている。定数R/NA はんと書いてボルツマン定数とよんでい る。 2乗平均速度√vは分子の平均の速さにほとんど等しい。27℃の酸素の √v^² を求めよ。酸素の分子量を 32,気体定数を8J/mol･K とする。 RO-31XY NAJS WEDR 内部エネルギーU とは分子の運動エネルギーの総和をいう。 そこで単原子分子からなる気体(以下,単原子気体とよぶ) では 3 RT=3 NRT="nRT 気体とよぶ)では U=Nx/1/2mv=N×012 NA 2 29 何原子分子であれ気体の内部エネルギーは絶対温度 Tに比例すること わかっている。 内部エネルギーは温度で決まる小