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物理 高校生

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-

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物理 高校生

物理基礎です。写真の問題全てわかりません。よかったら詳しく教えてください。

仕事について次の問いに答えよ。 (1)物体に大きさFの力を加え, F と同じ向きに距離sだけ動かした。 このとき, 力がした仕 事W を求めよ。 (2) 右図のように, 物体が大きさ F の力を受けて,力と角0 をなす向きに距離sだけ移動したとき, 力が物体にした仕 事W を求めよ。 Fsin0 F 粗い水平面上の物体を, 水平方向に大きさ F の力で押し, 一定の速度で運動させた。 このとき, 物体は、時間tの間 に,力の向きに距離xだけ移動した。 次の各問に答えよ。 (6) この間に物体を押す力がした仕事 W を, F,xを用いて表せ。 (7) 物体を押す力の仕事率P を, F, u を用いて表せ。 Fukuuuu Fcost (3) 道具を使って仕事をすると, 力を小さくすることができるが, その分だけ移動距離が大き くなり、仕事の量は道具を使わないときと変わらない。 この原理のことを何というか。 (4) ある力がt秒間に Wの仕事をするとき, この力の仕事率Pを求めよ。 (5) ア~エの場合の仕事は,正, 負, 0 のいずれであるか答えよ。 ア. 走っていた電車が停車したときに, 摩擦力がした仕事 イ. 水平に走行している電車にはたらく重力がした仕事 ウ. 物体を水平右向きに動かすときに, 物体に対して水平右向きに加えた力がした仕事 エ.荷物を静かに下したときに, 荷物をもつ力がした仕事 時刻 0 Fsin F 3.0m 130° 時刻 t 50 Fcost 図のように, 水平となす角が30°のなめらかな斜面 AC に沿 って,質量 10kgの物体をゆっくりと 3.0m 引き上げた。重力加 速度の大きさを9.8m/s2として,次の各問に答えよ。 (8) 物体を引き上げるのに必要な力の大きさFは何Nか。 (9) 物体を引き上げる力がした仕事は何Jか。 (10) 物体を引き上げるのに 7.0 秒かかったとする。 この力F の仕 事率は何Wか。 (11) この物体は何m/sで動いたか。 (12) 斜面を使わずに, 物体をBからCまで鉛直上向きにゆっくりともち上げるときの仕事は 何か E F

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