重要問題集　物理　71 問題を解く上では必要がないのかもしれませんが、どうしても初期状態でのピストンにかかる力のつり合いが気になります。 自分で立てた式では、 P0S=M0g+P0S となってしまい、M0が0になってしまいます。 そもそも大気圧がかかる面積... 続きを読む

(火) 54 ⑨ 気体分子の運動と状態変化 必解 71. 〈気体の状態変化と熱効率〉 熱機関を利用して上昇, 下降するエレベータの 物体 M [kg] 熱効率を求めよう。 図1のように大気中で鉛直にピストン Mo[kg]- 立てられている底面積 S〔m²〕 の円柱形のシリン ダーに質量 Mo [kg] のなめらかに動くピストンが ついており,中に単原子分子理想気体が封じこめ られている。 図1のようにピストンの可動範囲は ho 〔m〕 からん 〔m〕 までである。 重力加速度の大き さを g[m/s] とする。 初期状態は,気体の温度が外部の温度と同じ h[m] ho〔m〕 初期状態単原子分子 状態 2 理想気体 図 1 To [K], 気体の圧力が大気圧と同じPo [Pa〕, ピストンの高さがん 〔m〕 である。 まずビ ストンの上に質量 M [kg] の物体を乗せ、シリンダー内の気体に熱を与える。 しばらく静止 し続けた後, ピストンが動きだした。 この動きだしたときの状態を状態1とよぶ。 さらに熱し続けるとゆっくりとピストンは上昇し, 高さがん 〔m〕 に達した。 このときの状 態を状態2とよぶ。 状態2になった瞬間に物体をピストンから降ろすとともに熱を与えるの をやめた。ピストンはしばらく静止し続けたが,やがてゆっくりと下降し, 高さがん [m] となったところで静止した。 さらに時間がたつとシリンダー内の気体の温度がT [K] にな ったところで初期状態にもどり,この熱機関はサイクルをなす。 (1)状態1のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 (2) 初期状態から状態までに気体に与えられた熱量を求めよ。 [Pa] (3)状態2のシリンダー内の気体の温度を求めよ。 (4)状態1から状態2までに気体に与えられた熱量を求めよ。 (5) 気体の体積をVとするとき,このサイクルのか-V図を図2にかけ。 (6)このサイクルで熱機関が外にした仕事を求めよ。 (7) このサイクルの熱効率を求めよ。 図2 V[m³] (8)M=2Mo, Mo- PoS g h=2h の場合の熱効率の値を求めよ。 [12 弘前大〕 B 応用問題 ◇72. 〈半透膜で仕切られた2種類の気体〉 思考) 図1のようにピストンのついた 2 領域 1

図のように直方体を傾けてから静かにはなす。底面の横の長さをa(m)、底面から重心Gまでの高さをh(m)とし、重心Gは直方体の中心軸上にあるとする。

わかりません！！ （3）の問題の変位が245mにならないのはなぜでしょうか？y＝0を240mにしているからというのはわかるのですがなかなか納得できません

TU 例題1-12 鉛直投射・斜方投射 IIIII 10m/sの一定速度で上昇中の気球から、 2つの小石 A, B を同時に投 げ出した。気球に対する速さはいずれも16m/sであるが, 気球から見て Aは上方に,Bは水平に飛び出していった。 そして10秒後に A は地面に 落下した。 重力加速度の大きさを10m/s' とし,空気の抵抗は無視できる ものとする。 (1) 小石を投げ出したとき, 気球の地面からの高さは何mであったか。 (2) 小石B は地面から何mの高さまで達するか。 (3) 小石B の落下点は小石Aの落下点から何m離れているか。 解答) 地面に対しては,Aは初速26m/sの投げ上げ となり,またBは水平成分 16m/s,鉛直成分 10m/sの斜方投射となる。 26 () 10 (1)高さをんとし、y軸の原点を投げ出した点 にとると、地面の座標はーんとなり, Aにつ いて投げ上げの式をつくると y=( iA B 16 -h=26x10+ x(-10) x 102 .. h = 240 [m] (2) B の鉛直方向の運動に注目する。 最高点で y=h y = 0 となることより 02-102=2×(-10)y よって求める高さは y=5 h+y=245〔m〕 (3) B が地面に落下するまでの時間をとする。 (2) まず鉛直方向について -240=10t+=(-10)2よりt=8 (t=-6は不適) 水平方向の距離は 16×8=128 〔m〕

運動方程式の問題 (3)について水平、鉛直に成分分解しました。 Hについての連立を解いたのですがどうしても、答えの2倍の値になります。 何が間違っているのか教えてください。

12 水平面に対して30° だけ傾いている高さ んの滑らかな斜面がある。 その頂点Aか ら質量mの小物体を手放したところ、物 体は斜面を滑り落ちてB点に達し、さら にその下の水面に60°の角度で飛びこんだ。 重力加速度をg とする。 B 30° H 60° 水面 (1) 物体が斜面を滑り落ち, B点に達する までの時間もと斜面から受ける垂直抗 力N を求めよ。 (2) B点での物体の速さを求めよ。 (3) B点から水面に飛びこむまでの時間を求め, hg を用いて表せ。

赤丸のところでなぜθが2個も出てくるのかわかりません。 教えてください🙇‍♀️

(0) 重心 L 与えら えの の動 いよ りに ) (3)W[N], x[m] をそれぞれ求めよ。 [知識] 141. 棒とおもりのつりあい 図のように、長さL,質量 M の一様な太さの棒を粗い水平面上に置き、棒の一端に, 質量mのおもりをつけた軽い糸をつないで, 糸を定滑車 にかけた。このとき, 棒と水平面のなす角, 糸と鉛直線 のなす角が,ともに0となって静止した。 重力加速度の 大きさをgとして、次の各問に答えよ。 A L m M A (1)点Aを回転軸として、棒にはたらく力のモーメン トのつりあいの式を示せ。 (2) おもりの質量mを, M, 0を用いて表せ。 ヒント (1) 棒が受ける糸の張力を, 棒に平行な方向と垂直な方向に分解して考える。 例題17 (S) T 66 1章 力学 Ⅰ HT A (1) mg cosz0 XL-Mg Cosu 2 2 cos 20 図 1 0 mg mg cos 20 指針棒が受ける力を, 棒に平行な方向と垂直な方向に分解し、垂直 な方向の力の成分を用いて, 力のモーメントのつりあいの式を立てる。 この場合, 点Aのまわりの力のモーメントは,力の垂直成 分) × (点Aと力の作用点間の距離) として表される。 解説 (1) おもりにはたらく力のつりあいから、糸の 張力の大きさはmg となる。 図1のように, 糸が棒に垂 直な方向となす角は20であり, 張力 mg の棒に垂直な 成分の大きさはmgcos20である。 また, 棒の重力 Mg の棒に垂直な成分の大きさはMgcoseである。 これか 垂直抗力 ら, 点Aのまわりの力のモーメントのつりあいの式は, L L2 Mgcose 摩擦力 A Mg m 85

物理です。 問2についてです。 2枚目が解答ですが、×2している理由が分かりません。

15. 固定した2本のばねの間に付けてつり下げた小球 10分 自然の長さ, ばね定 数kの2つの軽いばねを,質量mの小球の上下に取り付けた。下側のばねの端を床 に取り付け、上側のばねの端を手で引き上げた。重力加速度の大きさを g とする。 問1 図1のように, ばねの長さの合計を21にして小球を静止させた。小球の床か らの高さんを表す式として正しいものを、下の①~⑤のうちから1つ選べ。ただ し、2つのばねと小球は同一鉛直線上にあるものとする。 ① 1-mg 21 Il l l l l l l l l ②l- 2k mg k ③1- 3mg 2k 2mg_ 5mg 4 1- ⑤ Z- k 2k 問2 次に,図2のように, 床から測った小球の高さが1になるまで, ばねの上端を ゆっくり引き上げた。 このときのばねの長さの合計」と, 高さんから1まで小球を 引き上げる間に手がした仕事 W を表す式の組合せとして正しいものを、下の①~ ⑥のうちから1つ選べ。 図 1 W y A k ① mg+20 mg(1-h)+1/2 (y-1-k(21-h)" 2k ② mg +21 2k ③ mg_ +21 2k ④ mg +21 k ⑤ mg+20 mg(1-h)+k(y-212-k (1-h)^ k mg(1-h)+(y-21)² —k(1− h)² 2 k mg(1-h)+(y-1)²—k(21—h)² 2 mg(l—h)+k(y−21)² — k(1− h)² llllllllll k ⑥ mg_ +21 2 mg(1-h)+1/2 (y-21) -k (1-h)" [2015 本試〕 図2 k NERELL 1 1

137のモーメントの問題です。 解説にはBをモーメントの中心として〜。と書いてあったのですが、 黄色の時計回りと青色の反時計回りが同じという解釈であっていますか？ この解釈であってるとしたら、青色のモーメントは反時計回りには回れないと思うのですが、、。

MOS (1)落下し始めた 大きさは、比例定! [m/s]として の大きさはい A H B O 1.0 2.0 x[m] (2)切り取った正方形 EFGC を残った板の AHFIに重ねた。 板全体の重心の座標を求め よ。 (1) 時計回り 00 (2) 24137 137 水平面上に重さ50N, 長さ 1.0m の太さが一様 20NA " でない棒が置かれている。一方の端 A を少しもち (S) 1.0m (3) 上げるには、 鉛直上向きに 20N の力が必要であっ た。 A B 90 1.0-x (1) 棒の重心は端Aから何mのところにあるか。 Bをモーメントの中心とする上 50N 20×1.0-50×(10 T (E) 反時計回り (2)もう一方の端Bを少しもち上げるには,鉛直上向きに何Nの力が必要か。 MOS

(2)でこのグラフではなぜだめなのでしょうか？

30 5.0m/s 1 sin30°] x VB x=10m/s 60 1309 VB Vatan60° 1 VAB H 8.7m/sa # x 22 16 表は、斜面に沿ってすべりおりる物体の連続写真から得られた,位置 × [cm] と時 22 刻 t [s] との関係を示したものである。 次の各問に答えよ。 (1) 物体の 0.1s ごとの変位⊿x 〔cm〕平均の速度v [m/s] を計算し、表に記入せよ。 時刻 位置 0.1s ごとの 平均の速度 t〔s〕 x 〔cm〕 変位⊿x 〔cm〕 v [cm/s] 0 1.2 3.0cm 30cm/s 0.1 4.2 4.9cm 49cm/s 0.2 9.1 7.0cm 70c/s 0.3 16.1 9.0cm 90c/s 0.4 25.1 v[cm/s)⭑ (2)物体の速度v [m/s] と時刻t [s]との 80 関係を表すグラフを描け。 (3) 物体の加速度の大きさは何m/s2か。 有効 30040020 60 数字を2桁として求めよ。 (0.35, 90) (0.25, 70) t(s) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 70-90 0.25-0.35 200 20 0.1

（2）です。なぜ、va<0だと衝突後右に進むのですか？

例題 35- 長さ2.5mの糸の先に質量 0.5kgの 小球 A をつけ、図の位置から静かに放 すと、固定点の真下で,静止していた 質量1.5kgの物体Bと衝突した。 Aと Bの間の反発係数をe, 重力加速度の大 きさを 9.8m/s^ とする。 B (1) 衝突直後のAおよびBの速度 UA, DH を求めよ。速度は左向き を正とする。 (2)Aが右方にはね返されるためのeの条件を求めよ。 (3) 床面の動摩擦係数を0.25 とする。 静止するまでにBがすべっ た距離を求めよ。 (1) 衝突直前のAの速度vは、力学的エネルギー保存則より 0.5×9.8×2.5/1/2×0.5× v² v=7 [m/s] 衝突直前、直後について, 運動量保存則と反発係数の式は 10.5×7=0.50+1,50 e 7 この2式より Vα= *= (1-3e) [m/s] 00000 y=1/(1+e) [m/s] 4 (2) (1)の答えは左向きを正としているので、 衝突後Aが右方に進む条件は A より e> (3)摩擦力した仕事) (運動エネルギーの変化)より -0.25×1.5×9.8×1=0-1/2×1.5×um² . 1=10v,'=(1+e)' [m] 49

248の(2)がわかりません。 教えてください🙇‍♀️

横軸に 直をまわる必 要がある。 しかし, 地球による重力のみで運動している 人工衛星は,そのような軌道をまわることはできない。 静止衛星が,赤道上空の円軌道をまわらなければならな い理由を簡単に説明せよ。ち 26870℃ 日本 人工衛星 赤道 dt pas 既に答えよ。 君のやりとりがない 248 地球の半径を R, 地表での重力加速度の大きさをgとする。 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。 全体の 熱はいくらか。 (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万 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。