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物理 高校生

アルキメデスの原理について、 図cに赤色の水を入れるとつり合って浮力と重力ρVgは等しいと書いています。しかし、EXでは円柱Aの密度を使って重力を求めているのかが分かりません。私は水の密度を使い重力を求めて浮力とのつり合いで求めるのだと思ってました。どこが間違っているのか教... 続きを読む

は Q&A Q 浮力の原因は圧力差だったんですね。 でも、 直方体の ようなきれいな形をしていないときでもF=pVg でい いんですか。 A じゃあ,もっと一般的にしよう。 水に浮かんだ氷には 図aのように力がかかる。これらすべての合力が浮力と いうわけだ。といっても計算できそうもないね。 そこで 仮想実験。 いま, 氷の表面にうすーいプラスチックの膜 を張ってから氷だけをひっこ抜いたとしよう。 膜には浮 力がかかるから上から押しつけていなければいけないよ (図b)。 次にこの中へ液面まで水(赤色)を入れたとしよう。 す ると, もう手の力はいらない。 同じ水どうしだからこの ままで安定になる。 つまり, 浮力は赤色の水の重力に等 しいというわけだ。 中に周りと同じ液体を入れたことが ミソだね。 こうして (液体の密度)×(液面下の体積) x g 氷の形はどうでもいいんだ。 実にエレガントな証明じゃ ないか! アルキメデスの原理とよばれているよ。 なお, 気体でも浮力は発生する。 風船や気球がいい例だね。 ところで、浮力の作用点って,どこになるんですか。 液面下の部分を水で置き換えたときの, 水 (赤色) の重 心の位置になるんだ。アルキメデスの原理からしても もっともでしょ。 a 氷 水 膜を押さえる 水 文字通りの 水平面 水 重力 水 関 か の 25

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物理 高校生

光の干渉の問題です。 屈折率nが1より大きいか小さいかはどこでわかりますか?

基本例題 68 薄膜による光の干渉 339,340 図のように,屈折率n, 厚さdの薄膜を,屈 大気 折率がnより大きい物質の表面につけたものが ある。 波長入の単色光を, 屈折率1の大気側か ら,この薄膜に入射角iで入射させた。 E 薄膜 (1) 光が点Bおよび点Cで反射する前後で位相 は逆になるか。それとも変わらないか。 屈折率n 物質 B (2) 点Aに入射し点Bで反射して点Cを通過する光と, 点Cで反射する光について 位相差をもたらす経路差と光路差を図の屈折角を用いてそれぞれ表せ。 (3) (2) , 両方の光を遠方の点Eで観測したとき, 暗く見えるための条件式を求めよ。 (4) この単色光を薄膜に垂直に入射させたとき, 反射光が最も弱められる場合の最 小の膜の厚さ dを求めよ。 指針点 B, 点Cでの反射はいずれも,屈折率小の媒質から大の媒質へ入射する場合なので,位 相が変化する。 強めあい・弱めあいの条件式を光路差で書くときは, 真空中(または空気中) の波長を用いる (経路差で書くときは,膜中の波長を用いる)。 (4) は垂直入射なので, r=0° 解答(1)点C:屈折率小の媒質から屈折率大 (3) 点Bと点Cの反射で, ともに位相が逆に の媒質へ入射する場合なので, 反 なるので,暗く見えるための条件式を, 光 射の際, 位相は逆になる。 路差で考えれば 点B: 物質の屈折率は膜の屈折率よ り大きいから, 点Cと同様, 反射 の際, 位相は逆になる。 2nd cosr=m+ = (m+/1/2) ² 1 (m=0, 1, 2, ...) H (2) 図より 注 経路差では 2dcosr=m+- (m + 1/2 ) ²/1/2 2n 経路差 (4)r=0°より cosr=1 だから, ① 式より =DB+BC A C =DC' 2nd=(m + 2)a 12 r/D =2dcosr 最小の膜の厚さは,m=0 より 光路差 2nd = 1/2/2 入 to bella よって d=- = n × 経路差 4n =2nd cosr B 物

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