なぜ「糸がたるまない」条件がS≧0となり0が含まれているのに「糸がたるむ」条件がS=0になる理由がわかりません誰か助けて！

必修 基礎問 26 鉛直面内円運動 物理 長さの軽くて伸びない糸の上端を点0に固定して下 端に質量m の小球を付け、最下点Aで小球に水平方向の 初速度vを与えて, 小球を鉛直面内で円運動させる。 糸 と鉛直線 OA のなす角を0とし, 重力加速度の大きさをg として,以下の問いに答えよ。 (1) 円運動しているときの小球の速さを0の関数で表せ。 (2) 円運動しているときの糸の張力の大きさSを0の関数で表せ。 Y' B IC [ Vo A (3) 糸がたるむことなく小球が一回転するための の条件を求めよ。 (4) 0=120°の点Bで糸がたるんだとする。 点Bにおける小球の速さを求め よ。 (横浜市大)

249の(1)の問題で下のように解説は書いていたのですが、 どうしてこの２つがイコールになるのかわかりません。教えてください🙇‍♀️

地表から高さんの点にある質量mの物体について,次の各問に答えよ。 (1) 物体が高さんの点で受けている重力の大きさを,m,g,R,h を用いて表せ。 (2) 物体が高さ0の地表にあるときと比べて, 高さんの点では,無限遠を基準にした 有引力による位置エネルギーはどれだけ大きいか。m,g, R, hを用いて表せ。 ヒント 万有引力定数をG, 地球の質量をMとして計算し、GM = gR2 の関係を利用する。 沖 [知識 249. 人工衛星の力学的エネルギー地球の半径をR, 例 地表での重力加速度の大きさをg とする。 地表から, 高度Rの円軌道をまわっている質量mの人工衛星に ついて,次の各問に答えよ。 R R- m (1) 人工衛星の速さを求めよ。 (2) 人工衛星の力学的エネルギーを,m, g, R を用いて表せ。 ただし, 万有引力による 位置エネルギーの基準を無限遠とする。 ED 249 OS (1) SI 3 < リ 2 R er G Mm (2R)2 郎)の駅工例題35 rr 81

物理のエッセンスからです。31番です。 解答でのA、Bでのtの出し方は理解できたのですが、そのあとのT 2がなぜBからAを引くと求められるのか教えていただきたいです。

30 点を中心として等速円運動をしている音源が ある。 図のP点で聞くとき、次の音が出された点 A, B, C を円周上に書き込め A : 最も高い音 B: 音源と同じ高さの音 C:最も低い音 P1120 0 ・P P 31 * 前問で,円の半径をr, OP 間距離を2rとし,音源が1周する時間を T, 音速を Vとする。 P点で, 最も高い音を聞いてから最も低い音を聞くまでの 時間 T を求めよ。 また, 最も高い音を聞いてから,音源と同じ高さの音を聞 くまでの時間 T2 を求めよ。

物理のエッセンスからです。 2枚目の要項の通りに考えると、点Pから距離が異なる点Bが2箇所あり、それら２つとも同じ高さの音になるかが分かりません。 それと、解答に書いてある矢印は速度を表しているだけでしょうか？ 点Aと点Cの高低の違いも教えていただきたいです。

30 30 点を中心として等速円運動をしている音源が ある。 図のP点で聞くとき, 次の音が出された点 A, B, C を円周上に書き込め A : 最も高い音 C: 最も低い音 B : 音源と同じ高さの音 P120 P

(2)の問題の黄色で囲ったところなのですが、 解説にはNの垂直抗力が働いてると書いていたのですが、向心力ではないのですか？

217 円筒形の部屋が回転する乗り物に、人が乗って いる。円の中心から人までの距離を R, 回転数を n とする。 部屋とともに回転する人は, 壁に押しつけ られるような力を感じる。 重力加速度の大きさを g として、次の各問に答えよ。 n= w=2πh 回転軸 R (1) 人の質量を とすると, 人が壁に押しつけられる力の大きさはいくらか。 uru2 mrua 遠心力 MR (2n)² ma 41mRn2 (2) 人と壁の間の静止摩擦係数をμとする。 床がなくても壁に押しつけられた人がすべ り落ちなくなるのは、回転数がいくら以上になったときか。 MN Z N← ここでの摩擦力は 人が下にすべろうとするのを妨げる N=F'= 4mRn2 mg mg = MN mg = M. 4π m Rn² ん? 2 T MR

右ページ黄マーカー部分について、なんでmω²=Kと置くのかが分かりません。単振動定数みたいな感じでKのまま答えに書くのか、それともKは問題では与えられててそれを元にmやωを求めていくのかなーって色々考えたんですけど分かりませんでした。解答お願いします！

4 データ ③ 周期 Tとその求め方 周期Tとは,単振動に対応する円運動が1周回るのにかかる時間 のことだ。円運動の角速度w (1秒あたりの回転角)は,この周期を用いて、 さて、 ②式と④式に共通して入っているものは何かな? えーと、 ②式と④式には共通の A sin wtが入っています。 2 [rad] 回転する w (rad/s) = T [s]間で かくしんどうすう と書けるね。 このωのことを単振動では角振動数という。 逆にこの式より、 周期 T は、 角振動数w を使って, 2π T= w そうだ。 ここから式変形が続くけど,一つひとつ丁寧に追ってね。 ②式を, A sinwt=xxo として,これを④式に代入すると, a=-ω'(x-x) ………⑤ となるね。 この⑤式は, 時刻によらず、いつでも成り立つ式だね。 ここで、この式の両辺に質量m を掛けてみると, ma= -mω^(x-x) ・・・ と書くことができるね。 さて、図6のように, 半径Aで角速 度ωの円運動を真横から見た単振動を 考えよう。 円運動が点Pを通過した瞬 間を時刻 t = 0 とする。 このとき対応 する単振動の (中) の位置 P′の座標を x=xとしよう。 時刻で円運動は点 Qを通過するが,このときまでの回転 角はwfとなっている。 このときの単 振動の位置Q′の座標は、図6より, さらに、この⑥式の右辺の係数をmw²=(定数K) ...... ⑦ とおくと, ma = -K(x - ): ......(8) wt: LAW となるね。 この⑧式は何を表しているかな? wt [00] =Asinwt...... ② Asinw P'Q間の距離 図6 となっているね。 左辺が ma・・・あ 運動方程式です! そのとおり。 この式はまさに単振動の運動方程式となっているね どうやって,この式から周期を求めるんですか? まず, 物体が座標 x (0) にあるときに運動方程式を立てて⑧式の形に もっていくと,とKが出るでしょ。このとき, ⑦式から,角振動数 また、このときの単振動の速度vと, 加速度α は, 円運動の接線 方向の速度Aw と, 向心加速度 Awをそれぞれ真横から見たものと w= K km ⑨ が求まる。 wが求まれば、 ①式より, して、図6より, T= =2L=2 mm Aw coswt. ③ a = Aw'sin wt....④ ここまでの話は長かったけど. 物理では公式を導く過程が大切 だから、一つひとつ確認してね 右向き正より ⑨より となっているね。 ここまで, じっくりと図6とニラメッコして もう となって, 単振動の周期 Tが求まるんだ。 CS度速canner でスキャン 第17章単振動 | 221

円運動と単振動にかなり苦手意識を持っていて、何度読んでも何を言ってるのかいまいち分かりません。特に写真の右ページの式変形についてですが、｢この式をあの式に代入したらこうなる｣というのは分かる、というか見たまんまなので理解出来るのですが、それが何？ってなってしまって自分のもの... 続きを読む

4 データ ③ 周期 Tとその求め方 周期Tとは,単振動に対応する円運動が1周回るのにかかる時間 のことだ。円運動の角速度w (1秒あたりの回転角)は,この周期を用いて, さて、②式と④式に共通して入っているものは何かな? えーと、 ②式と④式には共通のA sin wtが入っています。 w (rad/s) 2 [rad] 回転する = T [s]間で かくしんどうすう と書けるね。 このωのことを単振動では角振動数という。 逆にこの式より、 周期Tは, 角振動数 w を使って, 2π そうだ。ここから式変形が続くけど,一つひとつ丁寧に追ってね。 ②式を, T= W と書くことができるね。 さて、図6のように, 半径Aで角速 度ωの円運動を真横から見た単振動を 考えよう。 円運動が点Pを通過した瞬 間を時刻 t = 0 とする。 このとき対応 する単振動の (中) の位置 P′の座標を x=xとしよう。時刻で円運動は点 Q を通過するが,このときまでの回転 角はwfとなっている。このときの単 振動の位置Q′の座標は,図6より, Asinwt=x-xo として,これを④式に代入すると, a=ls'(x-x) …... ⑤ となるね。 この⑤式は、時刻によらず, いつでも成り立つ式だね。 ここで、この式の両辺に質量m を掛けてみると, ma= -mω^(x-x)...... ⑥ さらに、この⑥式の右辺の係数を mw²= (定数K) ma = -K(x - x)… ••••••⑦ とおくと, wt: LAW となるね。 この⑧式は何を表しているかな? wt [00] =x+Asinwt...... ② ▼Asin w x PQ間の距離 図6 となっているね。 また、このときの単振動の速度と, 加速度αは, 円運動の接線 方向の速度 Awと,向心加速度 Aω' をそれぞれ真横から見たものと して、図6より, w= K mm 左辺が ma･･あ! 運動方程式です! そのとおり。 この式はまさに単振動の運動方程式となっているね。 どうやって,この式から周期Tを求めるんですか? まず, 物体が座標 x (0) にあるときに運動方程式を立てて⑧式の形に もっていくと,とKが出るでしょ。 このとき, ⑦式から, 角振動数 ⑨ が求まる。 wが求まれば、 ①式より, T= =2=2 m Aw coswt... ③ a= ==Aw'sin wt ④ 右向き正より ここまでの話は長かったけど. 物理では公式を導く過程が大切 だから、一つひとつ確認してね ⑨ より となっているね。 ここまで, じっくりと図6とニラメッコして もう となって,単振動の周期 Tが求まるんだ。 CS ~度速tanner でスキャン 第17章 221

(2)の後半の｢遠心力が重力より勝っていればたるまない｣から、(遠心力)≧mgという式だと考えたのですが、解答では(張力)≧0となっていてそれが何故か分かりません。θ=180°において張力がある場合下向きに力が働くと思い、だとするとたるんでしまうと考えています。解説お願いします！

チェック問題 2 振り子の円運動 糸の長さ おもりの質量mの振り 子がある。 おもりに最下点で初速度 v を与えた。 標準 6分 (1) 振れの角が0のときの糸の張力T を求めよ。 (2) 糸がたるまずに1周するには vo はいくら以上必要か。 解説 (1) 《円運動の解法》 (p.191) で解く。 STEP 1 中心は点O 2 半径1, 3速さ” M m 45 は未知。 さぁ、どうやって求める? 速さときたらエネルギー。 いまは, 摩擦熱は出てな いから《力学的エネルギー 保存則》 (p.162) ですよ。 ☐ キミの言うとおりだ。 式を立てると, Vo mg 2 = mvo -m² + mg/l(1-cos 0 ) 遠心力 図 a よって、v=√vo2-2gl(1-cose) STEP 「回る人」から見て,遠心力 m を作図 STEP 3 重力を半径, 接線方向に分解しよう。 ここで糸は伸び縮みしない ね。このことから,半径方向には確実に力のつり合いが成り立つので, v² T T = mg cos0 + v² ② mT ②に①を代入すると, Vo 2 - T=m + g(3 cosa - 2)} ...... CS CamScanner でスキャン 第15章円運動 | 193

物理のエッセンスからです。 3枚目の下にある①、②より、Tの式が書かれてますが、この式は①②の式をまとめればこの式になるのでしょうか？ そうであるならどういうふうにまとめれば良いか教えて頂きたいです。

量mのPが水 平に円運動をしている。 Pの底からの高さはんである。 面の垂直抗力 N,Pの速さv, 周期Tを求めよ。 93* 滑らかな水平床上を長さの糸に結ばれて角速度 ので円運動する質量mの小球Pがある。糸の端は 高さんの点0に固定されている。糸の張力Sと床 からの垂直抗力 N を求めよ。 ω がある値 ω をこえ るとPは床から離れる。 ω を求めよ。 面から離れる 垂直抗力= 0 ・R→ P 鉛直面内の円運動 糸におもりを付けて鉛直面内で回したり,円筒面を滑り動く小球の運動な どは円運動であっても, 等速ではない (上へ上がるほど位置エネルギーに食 われてスピードが遅くなる)だけに扱いが難しい 鉛直面内の円運動を解く 1 力学的エネルギー保存則 2 遠心力を考えて,半径方向で 糸 T 4 v 解説〕 力のつり合い式をつくる。 Vo +1 mg 遠心力 図1のように長さの糸で結ばれたおもりを最下点から初速v で回す。角日 をなしたときの速さをv, 糸の張力を とすると,より 1212mv=1/2mu2+mgr(1-cos 0) mgr -mgrcoso

物理のエッセンスからです。 2枚目のMissで何故水平方向や鉛直方向で釣り合いの式をつくってはダメなのでしょうか。半径方向だけ式が作れる理由を教えて頂きたいです。

鉛直面内の円運動 糸におもりを付けて鉛直面内で回したり,円筒面を滑り動く小球の運動な どは円運動であっても,等速ではない(上へ上がるほど位置エネルギーに食 われてスピードが遅くなる) だけに扱いが難しい。 三雲雲 鉛直面内の円運動を解く 解説」 1 力学的エネルギー保存則 2 遠心力を考えて,半径方向で 力のつり合い式をつくる。 糸 0 marcoso T 遠心力 Vo 図1 mg 図1のように長さの糸で結ばれたおもりを最下点から初速v で回す。 角0 をなしたときの速さをひ糸の張力をTとすると,より 1/12mu=1/2mu+mgr(1-cos9) mgr-mgrcoso ・①