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物理 高校生

(5)について質問です。なぜ力学的エネルギー保存で解くと摩擦力を考慮し、このような立式になるのかいまいち腑に落ちません。(3)は分かるのですが…

必解 31. <あらい板上の物体の運動〉 図のように、水平な机の上に直方体の物体Aを置 き、その上に直方体の物体Bをのせる。 B には物体 Cが, Aには物体Dが, それぞれ糸でつながれてお り、CとDは, 机の両側にある定滑車を通して鉛直 につり下げられている。 A, B, C, D の質量は, そ れぞれ, 2m 〔kg〕, 3m 〔kg〕,m[kg], 2m 〔kg] であ る。机とAの間の摩擦はないが、AとBとの間には摩擦力がはたらく。初めにAとBを手で 固定してすべてを静止させておき,静かに手をはなして運動のようすを観測する。運動は紙 面内に限られるものとし,また観測中にBがAから落ちることや, Aが机から落ちることは ないものとする。 滑車はなめらかで軽く, 糸は軽くて伸び縮みせず, たるむことはないもの とする。空気抵抗は無視し, 重力加速度の大きさを g 〔m/s2] として次の問いに答えよ。 BはA上をすべらずに,Aといっしょになって机の上を左へ運動する場合について考える。 (1) このときのAの加速度の大きさを求めよ。 (2) このときのAとBの間にはたらく摩擦力の大きさを求めよ。 (3)Dがん 〔m〕 だけ落下したときの, A,B,C,D の運動エネルギーの総和を求めよ。 次に,Bは机の上の同じ場所に静止したままで,Aが左に運動する場合を考える。 (4) この場合の, AとBの間の動摩擦係数を求めよ。 (5) D がんだけ落下したときの, A,B,C,D の運動エネルギーの総和を求めよ。 最後に, Aは左へ運動しBが右へ運動する場合を考える。 ただし,このときのAとBの間 の動摩擦係数を 1/3 として、次の問いに答えよ。 物体D (2m) 物体A(2m) 物体B(3m) 机 物体 C (m)

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物理 高校生

物理基礎 (オ)の答えをどうやって導き出しているかが分かりません。

対話 基本例題 21 糸でつながれた2物体の運動 質量Mの物体Pを滑らかで水平な机の上に置き, 物体に軽い糸を付けた。 そして, 机の端に固定した軽 い滑車を通して他端に質量mのおもりQをつるして 手ばなした (図1)。 以下, AさんとBさんの会話の 空欄①~④には語群から適語を選び, (ア) (オ)に は適当な式を入れよ。 重力加速度の大きさをg とする。 図1 A:物体の運動は,まず物体にはたらく力の図示からp だね。軽い糸は滑車にかかっていない部分と滑車 にかかっている部分で3分割してあるよ (糸 I, 糸ⅡI. 糸ⅢI)。 B : 物体Pとおもり Q に重力以外の力がはたらくのは, 2物体が接触しているところだから, 図2の○を作 用点として力がはたらくことになるね。 糸ⅡIの両 端はそれぞれ糸 I, 糸ⅢIIと接触し,糸ⅡI の真ん中 にある○は, 滑車と接触している代表点を示しているよ。 A:Pにはたらく ( ① ) と ( ② ) はつり合っているから,Pにはたらく (③)でPは水平方向に加速度運動することになるね。 (③)の大きさ を T, 加速度の大きさをaとして,Pの運動方程式を書くと (ア)…(i) となるよ。 糸Iの運動方程式はどうなるんだろう。 B:糸Iの左側にはたらく力は(③)と(④) の関係にあるから,その大 きさはTで,糸I の右側にはたらく力の大きさをTとして糸Iの運動方程式 を考えると・・・ああ、そうか!糸Iは軽い糸だから質量0と考えると運動方 程式は、0×α=(イ)となって, T'′ = Tになるんだね。 M 物体P 図 2 糸 I 滑車 滑車 おもり Q m 糸 Ⅱ Go 糸Ⅲ

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