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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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物理 高校生

高一の物理基礎、摩擦力です。 例題12と類題12は摩擦力の向きが逆だったのですが、理由は何故ですか? どなたか教えて下さい🙇‍♀️

例題 12 斜面上における静止摩擦力 水平となす角が30°の粗い斜面上に質量10kgの物体を置き、斜面に沿っ て上向きに 25Nの力で引くと、物体は静止したままであった。このとき, 物体が斜面から受ける静止摩擦力の大きさは何Nか。 ただし,重力加速 ICE 度の大きさを 9.8m/s2 とする。 P10kg 指針 静止摩擦力は,斜面に平行な方向にはたらく。 その方向における 力のつりあいを考える。 解 斜面に平行な方向における重力の成分は,斜面下向きで, 10×9.8×sin30°=49Nであり,引く力は, 斜面上向きに25Nである。 したがって,物体は斜面下向きにすべり出そうとするので,静止摩擦力 は,それを妨げる斜面上向きにはたらく。 静止摩擦力の大きさをF〔N〕 とすると,斜面に平行な方向における力のつりあいから, 49-25-F=0 F=24N 類題12 水平となす角が30° の粗い斜面上に質量 2.5kgの物体を置き, 斜 面に沿って上向きに大きさ T〔N〕 の力で引く。 上向きにすべり始める 直前のとき, Tの大きさは何Nか。 ただし, 物体と斜面との間の静止 摩擦係数を 0.40, 重力加速度の大きさを9.8m/s2 とする。 ¥ 30° 垂直抗力 49 N 30° 25N 2.5kg 重力 98N 130° 25N ) 30° [

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物理 高校生

高校生物理基礎の問題です 赤枠で囲った問題の解説にある 三つの 0 はそれぞれ何エネルギーが 0 であることを示しているのか教えてください。

第5章■仕事と力学的エネルギ リード] D 110 保存力以外の力の仕事 図のように床と斜面 がつながれている。 床のAB間はあらいが、他はなめら かである。 床の一部分にばね定数kのばねをつけ, 一端 に質量mの物体を押しあてて、 ばねを縮めた。 AB間 の物体と床との間の動摩擦係数をμ',距離をS, 重力加速度の大きさをgとする。 (1) ばねを解放したとき, 物体が点Aに達する直前の速さを求めよ。 Ammun B (2) 物体は点Bを通過後,斜面を上り, 最高点Cに達した。 Cの床からの高さんを求めよ。 もどってきた物体がばねを縮めた。ばねの最大の縮みxを求めよ。 →例題 24,113 応用問題 112 仕事と運動エネルギー■ 質量2.0kgの物体が, なめらかな水平面のx軸上の原点Oを速さ3.0m/sで通過 した瞬間から,速度の方向を含む鉛直面内で一定の角0だ け上向きに力F [N] を加えた。 力Fの大きさは移動ととも に右のグラフのように変化する。 また, cos0=0.80 とす る。 111 力学的エネルギーの保存 ばね定数k [N/m] の軽いつる 巻きばねの一端を固定し、他端に質量m[kg] のおもりをつるして, おもりを下から手で持った台で, ばねが自然の長さになるように支 える。 重力加速度の大きさをg[m/s'] とする。 (1) 台をゆっくりおろしていくとき, x [m] だけ下がった位置で台 がおもりを支える力の大きさ F [N] を求めよ。 (2) おもりが台から離れるときのばねの伸びx] [m] を求めよ。 つりあい (3) はじめの状態で台を急に取り去った場合, 最下点でのばねの伸びx2 [m] を求めよ。 (4) おもりの最下点について, x1 と x2 の差が生じた理由を述べよ。 ➡115 (1) 力Fが物体にした仕事Wは何Jか。 (2) 物体が x=10m の点を通過する瞬間の速さは何m/s か。 0 F[N] 8.0 2.0 0 mmmmmm 10m 自然の長さ CQ 10 lllllllllll h ■■ ■■ x (m) -102 ヒント 112 カFの分力 Fcose のみが仕事をする。 (F-x 図の面積) × cos0が,Fのした仕事となる。 てい mi と 放した の 化を Imgs 111 112 ここがポイント 軽いつる巻きばねなのでばね自身の重さは無視できる。 これはばねを縦につるしても、おもりを取 りつけなければばねは伸びないということである。 (1) おもりを支えながら台をおろしていく場合、 おもりは台が上向きに支える力によって仕事をされ、 力学的エネルギーは保存されない。 (1) 台をゆっくりおろしているので, おもりは等速運 動をしている。 よって, おもりにはたらく力はつ りあっている (おもりにはたらく力の合力は0であ る) から,上向きを正として, aより力のつり あいの式はkx+F-mg=0 ゆえに F=mg-kx [N] (2) 台がおもりを支える力が0になるとおもりは台か ら離れる。 (1) の結果において, x=xのとき F0 となるから (3) 台を急に取り去った場合、 おもりには保存力である重力とばねの弾性力のみがはたらくので、力学 的エネルギーは保存される。 0-mg-kx₁ よって mg - [m] (3) 自然の長さの位置を基準水平面とする(図5)。 はじ めの位置と最下点での力学的エネルギー保存則より 0+0+0=0-mgx2+ 100 0=-—-kx (x₂-2mg) 0皿 2mg k 0より [m] (4) 台をゆっくりおろしていく場合は、おもりを支え る力によって負の仕事をされ力学的エネルギーが 減少するが, 台を急に取り去った場合は力学的エ ネルギーが保存されるため。 -xcos 0 自然の 長さ 2.0 第5章■仕事と力学的エネルギー ばねの 0 はじめ 水平面 図b mg 解答 (1) 力Fが物体にした仕事を W [J] とす F(N) 4 ると, F-x 図の面積より 18.0 W= (2.0+8.0)×10 2 cos0=0.80 であるから W=40J 10 (2) x=10mでの物体の速さを [m/s] とすると, 物体の運動エネルギー の変化は、物体にされた仕事に等しいので「1/12m-1/2m -mv² =W₁ よ り 1/23×2.0 × -/1/3×2.0×3.0°=40 Cheeeeeeeeee よってv=7.0m/s 最下点 ここがポイント 力の大きさが変化するので 「W=Fxcose」 の式にFの値を代入することはできない。 力Fの分力 Fcos0 のみが仕事をするので, (F-x 図の面積) × cos0 が F のした仕事となる。 また、物体の運動エネルギーの変化 = 物体にされた仕事の関係が成りたつ。 51 「ゆっくり」 とは 「力のつ りあいを保ちながら」という ことである。 2 (2)の結果と比べると2 信伸びていることがわかる。 したがって, おもりはつりあ いの位置を中心に はじめの 位置を最上点, ばねの伸び の位置を最下点として振動す る。 @__mv²+W= 2mo (はじめ+仕事終わり) を用いてもよい。

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物理 高校生

(2)のマーカーを引いたところの式になることはわかるのですが、この式を解くことができません。どうやってといたら答えのようになるか教えてください。

<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 (1) ばね定数をんとすると, 点0 での力のつりあいから、 kxo-mg=0 よって,k=mg ...1 ICO (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, 解答 0+ (−mga) + ½ k (xo+a)² = 1/2 mv ² + 0 + 1 1/² kxo ² 2 k ①.②から1/12/2kd2=1/12/m2 よって,v=aym -ka²= -mv² 5. 仕事と力学的エネルギー 57 ①③から 1/12/kd2=1/12/kx2 よって、x=4 -ka²: …..② =a^ (3) 最高点では速さは0になる。 最高点の点Oからの高さをx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)+1/12/k(x+a)^2=0+mgx+2/12/2k (x-x)2.③ g XCo 000000000 自然の長さ xo 0- 〒00000000OE 000000000 ma (補足) (3) 点0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 一人 xx の場合: ばねの縮みはx-x= 最高点の位置xカ どちらの場合でも 弾性力による位置工 ネルギーは k(x-xo)² 出重要

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