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物理 高校生

基本例題の㈢の式の、二分の一k(X−X0)二乗の意味がよくわかりません。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。 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 x だけ伸びた 点0で静止した。 おもりを下に引き, 点0からばねがαだ け伸びた点Aで静かに放した。 重力加速度の大きさをgと する。 (1) このばねのばね定数はいくらか。 (2) おもりが点Oを通過するときの速さはいくらか。 (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 解答 (1) ばね定数をkとすると, 点0 での力のつりあいから, kxo-mg=0 よって,k=mg XCO ...1 (2)点を重力による位置エネルギーの基準とする。 点0でのお もりの速さをひとすると,点A と点 0 での力学的エネルギーは 等しいから, -meat 0+ (−mga) +1¹k (xo+a)² = mv² +0+kx² 3/2 k ①.②から1/2/ka²=1/12m² よって,v=aymm 1, 5. 仕事と力学的エネルギー 57 =a^ A ①③から12/2/ka²/12/2k.xよって、x=a , g Xo (3) 最高点では速さは0になる。最高点の点Oからの高さと 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, 0+(-mga)+1/12k (x+a)^=0+mgx+1/2/k(x-xa)? ACCESS 3 発展問題 37 仕事と運動エネルギー なめらかな水平面上に静 止する質量mの物体に, 一定の向きに大きさFの力を 2.Fo 加えたところ、物体は力の向きに直線運動をし, F と物 体の移動距離xとの関係は図のようになった。 (1) x=0~xo, x=x0~2xo, x=2x0~3xo, x=3x~4.xCo FA For 0 自然の長さ 200000000年 で Xo A 000000000 [補足] (3) 点O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x360 ⇒最高点の位置が どちらの場合でも、 弾性力による位置エ ネルギーは k(x-x)² 頻出重要 2x 3.x 4.xo x

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物理 高校生

(2)のm=0理解できません。 どなたか教えていただけませんでしょうか。

基本 3.0m離れた2点A, B にあるスピーカーから振動数 f = 1.7×102Hz の同じ強さの音が出ている。 直線AB から4.0m離れた直線XY上でこの音を聞くと, A, B から等距離の点では極大であったが, 0からYに向か 3.0m って次第に小さくなり, 0から 1.5mの点Pで極小とな った。 (1) 音源 A, B での振動は, 同位相, 逆位相のどちらか。 (2) この音波の波長入〔m〕 と, このときの音の速さ V[m/s] を求めよ。 (3) 次に, スピーカーの振動数を徐々に上げていくとき, 点Pで次に音の大きさが極 小になるときの振動数f' 〔Hz] を求めよ。 答 (1) 経路差 0の位置Oで同位相で重なり 強めあっているので,音源での振動 も同位相。 (2) AP=√3.02+4.02=5.0m BP=4.0m 経路差 4 = AP-BP=1.0m Pが音の強さの極小点になる条件は 4=(2m+1) 1/12 (m=0.1.2.…..) 指針 (2), (3) AP を三平方の定理で求め, AP-BP が半波長の何倍になるかを考える。 (3) このときの音波の波長を入とする。 0か ら移動してPが2番目の極小点なので, (2) の式で, m=1 より 0から移動してPが最初の極小点な ので m=0 より 入=24l=2.0m V=fd = (1.7×10²) ×2.0 = 3.4×102m/s 41=23/20₁ B 22. -4.0m- よってx=12/24 ' V=fa, V=f'x'より V=fi=fx24 v-rx-rxa ①式=②式より 155 fx24l=f'x41 x 12/3/11 f'=3f=5.1×10°Hz .....2 の範囲内の問題

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