図のように、水平面上に置かれた質量M [kg]の物体A
に軽い糸をつけ, 軽い滑車を通して他端に質量m[kg]の物
体Bをつり下げたところ, A,Bは動き始めた。 このとき
のA,Bの加速度の大きさと、糸の張力の大きさを求めよ。
ただし,重力加速度の大きさをg [m/s2], Aと面との間の
動摩擦係数をμ' とする。
指針 A, Bは糸でつながれたまま運動す
るので,両者の加速度の大きさは等しい。 また,
それぞれが糸から受ける張力の大きさも等しい。
各物体が受ける力を図示し, 物体ごとに運動方程
式を立て,連立させて求める。
解説 糸の張力をT 〔N〕, Aが受ける垂直
抗力をN〔N〕,動摩擦力を F'[N] とすると, A,
Bが受ける力は図のようになる。 Aが受ける鉛直
方向の力のつりあいから, N=Mg であり, 動摩
擦力 F' は,
F'=μ'N=μ'Mg
A,Bのそれぞれの運動の向きを正とし, 加速
度をα 〔m/s2] とすると, 運動方程式は,
A
a=
F'
NA
Mg
式 ①,②から,
T
A: Ma=T-μ'Mg
B: ma=mg-T
m-μ'M
m+M
A
M[kg]
・・・ ①
...2
-g[m/s²), T=-
TB
Ba
mg
m[kg]
|B
(1+μ')mM
m+M
-g[N]