物理（2）についてです。 cos 4πt÷Tの時間平均が0になるというのはどういうことですか？なぜ0になるのでしょうか。教えて欲しいです。

WB」 である。 このとき, AB と CD は速さ 運動をしており、磁場に垂直な方向には[m/s]の速さで動いているので、 X [m/s] で 磁場の方向から見たコイルの面積が増加する。それにつれて, コイルを貫く磁束が増加 し,その変化率は [Wb/s] である。したがって,コイルには大きさ [V] カ [A]の誘導電流が の誘導起電力が生じ, の向きに流れる。 P b 本 ダイオード R 電源 300 ダイオードを含む交流回路 源に抵抗値尺の抵抗, ダイオード,スイッチSを接続した回路 図1のように,交流電 がある。 ただし, ダイオードは順方向には抵抗値 0, 逆方向に交流 は抵抗値無限大の素子としてふるまうとする。 スイッチSをa側に入れて,点Qに対する点Pの電位の時間 変化を測定したところ、 図2のようになった。 (1) 抵抗に流れる電流の最大値を求めよ。 (2) 抵抗で消費する電力の時間平均を求めよ。 次に,スイッチSを b側に入れた。 図 1 VA Vol 12T -Vo (3) 点Qに対する点Pの電位の時間変化を表すグラフをかけ。図2 (4) 抵抗で消費する電力の時間平均を求めよ。 例題 61

物理　光学　の範囲です。問題の答えは出るのですが、「右ページ下のはてなマークが書いてある、t0が最小到達時間であるから時間差は0でよい」の意味が理解できません。 うまく言い表せなくて申し訳ないのですが、教えてくださったら幸いです🙇‍♀️🙇‍♀️

***Exercise 図 を0, 上での光の屈折を考える. 点P (-1, y) から出た光は,原点Oで屈折し、点Q から 波に 制限時間20分 図のように、屈折率 n, の媒質I と屈折率 n2 の媒質Ⅱの境界上に軸をとり フェルマーの原理によるスネルの法則の導出 第1講 ② 2つの原理 PO' O'Q t= + C C 1 + 4x)² + 11 ² + 12 √(x² - 40)² + 1 2- y²² } n₁ 72 に達するとし, 線分OPとy軸のなす角を 01, 線分OQとy軸のなす角を62といて, 4æl, m1, 1, 2, y2に比べて極めて小さい値とし, tの近似値を求める . 2,y2 は正の定数であり, 0000290°である. 4ælを PO′= √(x + 4x)² + y² = √x₁² + y₁² + 2x₁ 4x + (Ax)² 2,y2に比べて極めて小さい値とし, 点O' (4x, 0) を定めれば, 光が点から小項の2乗 (4) は他の項に比べて極めて小さいので無視できる. Qに達する時間 t と, 光が点P から点0を経て点 Qに達する時間もと △t=t-toは0と見なせる. y Y1 Ax O' X2 → O PO√x²+y+2x4x = √x²+ y² ewton の1次近似より、 PO'≒2+y^ 1 + 1 2x4x 2m²+y/2 2x Ax x² + y² つくる (+) αの大きさが1に比べて 極めて小さい場合 (1+α) ≒ 1 + αβ 1 媒質 I x+y/i + AC √x₁² + y₁² Newton の1次近似 Qも同様に近似すれば, T2 媒質Ⅱ 'Q=(2-z)^2+y22≒ x2+222 Ax V2 ここで、 4t=t-to π2 -Y2 x1 ++ 4c+n2 Vπ22+y2 122+y24 (1) このことから、光の屈折におけるスネルの法則, n, sinQ=nsin2 を導け. (√x²+ y²+√x²+ y²) (2) π2 1 Ac Exercise Ans. At = m 2 2+yi + 光が点Pから点Oを経て点Qに達する時間to を求める. 三平方の定理より、 PO= = √√x₁ ² + y² ², OQ = √x²² + y²² が最小到達時間であるから, わずかに屈折点の位置をずらしても到達時間はさして変 わらないゆえに, 時間差4tは微小変位の値に依らず0でよい. 上式より, 真空中の光速度をcとすれば,媒質Iでの光速度は,媒質Ⅱでの光速度は一 21 2 =n2 112 2+ y VIz2+y2 て, ここで、入射角と屈折角の定義から, T2 PO OQ C C to = + = ± ± (m₁ √x² + y² + n₂ √x² + y² 1 2 sin 6 = sin02= n n2 同様に,光が点Pから点0′を経て点Qに達する時間tは, 以上より, スネルの法則 n, sin ₁ = n₂ sinė₂ が導かれた. 58 50 59

物理です。 左下の青いN=のところが解答なのですが、計算してもその答えになりません。どこが間違えていますか？

問題 213 216 代入して整理すると, 02 m L sine mg-N sine coso -sinė-N cose v2 m cos²0+ sin²0 Lsine ===mgtano-N cose v² Ltaneou N=m\gsine- m(gs cos+sin ens deste sing 上(t) Cose = (4)v=vのときに,N=0 となる。この値を(3) のNの式に代入するとの関係を用 (2) 垂直抗力の大きさ 重力加速度の大きさ 鉛直上向き(加速 とに注意して、力の N+ma-mg= N=m(g-α)= 体重計は,390 N その反作用として る。 体重計は9. あるので, 2 0=ml m(g sino- 20 g sin [O- =0 Ltane Ltane したがって, v=gLsin Otan (5) (4)√g =√gL sin Otan の関係から, v は√Lに比例している ことがわかる。 したがって, Lを長くすると, v は大きくなる。 () 解答 (1) mg cos (2) √2gL (1-cose) (3) (3-2 cos0) mg 指針 おもりは、重力と糸の張力を受け、鉛直面内で円運動をしてい 鉛直面内の強 速円運動ではな 瞬間において、 心力の関係は 美に考える の 213. 鉛直面内の円運動 る。 (1) おもりの速さは0なので, 向心力は0となり,糸に沿った方向 の 390 9.8 =39.7k 215. 台車の 解答 (1) m 指針 (1) 物 る観測者には, りあっている。

(5)の問題についての質問です。右側の写真の回答の部分の図のところに、④から⑥までの運動は定圧変化と書いてあるとこほについてで、私はもしこの問題文にゆっくり移動させたなどと書いてあったら定圧変化だとわかるのですが、そう書いてない時でも定圧変化になるとみなせるのですか？

144 熱 pooooood 50 熱力学 滑らかに動くピストンを備えた断面積 S [m2], 全長 1m] のシリンダーがある。ピスト ンの質量は @kg], 厚さは 1L [m] である。 リンダーの底にヒーターが取り付けてあり、 定の電流を流すことによりA室の気体を加熱す ることができる。 ピストンとシリンダーは断熱 材でできている。シリンダーは鉛直に保たれて いて, A室には単原子分子の理想気体が1mol 入っている。 気体定数を RJ/mol・K〕,大気圧 を Po〔Pa〕,重力加速度をg_0m/s?] けを用い, 工以下は数値で答えよ。 M(FI) ·S[+] A 室 ヒーター L Level Point エ オ ピ と ジュー (N2)) カ LEC 図 1 アビ とする。ア〜ウには以上の文字だ であった。 気体の温度はT=ア ヒーターにも[s]間電流を流したところ、ピストンは1/21L[m] 上 昇した。 ヒーターが発生したジュール熱は Q=イ [J]である。 また、この間に気体がした仕事は ウ [J]である。 最初、シリンダーの底からピストンの下面までの高さは1/2/2L[m] [K] である。 イ I シリンダーの上下を逆転し、気体の温度を To〔K] にしたところ, 図2のように,ピスト 2 ンの上面はシリンダーの上底から / L[m] の 位置で静止した。 ピストンの質量はM= A& PoS 〔kg〕 であることがわかる。 3 A室 4Xの状態でヒーターに 1/2 t〔s] 間電流を流 ウ 23 した。 ピストンの上面はシリンダーの上底か らし オ・L〔m〕の所に静止した。 ピストン (5) さらに、ヒーター 2/23h [s]間電流を流し 図2 体の温度はT=カ To 〔K] となった。 た。 その途中でピストンはシリンダーの下底に達し、最終的には気 (立教大) H

物理運動量の問題です。問3で力学的エネルギーの差を求めている奴で、なぜ解説には位置エネルギーが描いてないのですか？E0はMGHでE1は落ちる直前なので0と考えました。教えてください

Vo る。 右向きを正と をV とすると, 運 OL m v M 大きさは 01 Vy Do 問1点0を原点とし, 水平右向きにx軸,鉛直下 向きに軸をとる。 小球はx軸方向には速さの 等速運動をして、時間に距離Lを進むので 1 2m M L=vot1 1 m④ 2M ゆえに= 成分は musin ので、運動量保 量の成分は L Vo 2 By とすると 問2 壁がなめらかなので, Pでの衝突前後で小球の 速度の成分は変化しない。 したがって,小球は y 軸方向には自由落下運動を続け, 時間に距離 を落下するので -usin A h= gt22 ゆえに t2= 2h g ⑤ 問3 小球は壁との衝突の前後で運動エネルギーを失 う。Pで衝突した直後の小球の速度の成分の大き さを とすると, 反発係数がeなので 01 Vo ゆえに v = evo また, 衝突の前後で小球の速度の成分は変化しな い。よって,Pでの小球の速度の成分を vy とす ると,衝突の前後で小球が失った運動エネルギーは AK= = ½m (v²+v,²³) — — — m (v₁²+v, ³) = 1½ m (v₁²+v,³) — — — m{ (evo)² + v,²} =1/12 -(1-e²)mvo² 小球の0 から P, PからQの落下運動では,重力 のみが小球にはたらくので, 小球の力学的エネル ギーは保存する。したがって, 0 から Q の運動で 力学的エネルギーはPでの壁との衝突で失った運 動エネルギー 4K だけ減少する。 よって Eo-Ei=- (1-e²)mvo²

この式の近似計算についてで、右の黒の下線のところに書いてある近似を使うのですが、左の写真の1行目で通分してしまいよく分からなくなってしまいました。近似計算のコツがあれば教えて頂きたいですm(_ _)m

AF = G = =G- Mm (R-AR) Mm R2 - 2 - AR R Mm G AR -2 R² - G Mm R2 Mm R2 GMm (1+2 4R)- GM ≒G 1. R2

高1物理基礎です。 写真1は解説なのですが、そのページの右の図について、なぜ3つの力しかないのですか？押している力はないのですか？ 自分は最初にあると思い、F'(押している力と動摩擦力の和)＝−40より押している力を求めようとしてしまいました。 どなたか解説よろしくお願いし... 続きを読む

解説 (1) 右向きを正とすると,「v=vo+αt」 から, a=-4.0m/s 2 0=20+α×5.0 解答 (1) 左向きに 4.0m/s (2)50m (3) 40N 0.41 指針 (1) (2) 等加速度直線運動の公式を用いる。 (3) 運動方程式か ら動摩擦力を求める。 また, [F'=μ'N」 の式を用いて動摩擦係数を求 める。 (1)の計算において, v=0m/s,vo=20m/s, 左向きに 4.0m/s2 1 CC-8.82 t=5.0s である。 (2)等加速度直線運動の公式「x=vot+1/2af2」から, (2)の計算において, x=20×5.0+1/2×(-4.0)×5.02=50m 20.8- vo=20m/s,t=5.0s, a=-4.0m/s2 である。 (3) 動摩擦力の大きさをF' とすると, 物体が受ける力は図のようにな 4.0m/s² AN る。 運動方程式から 10×(-4.0)=-F'F'=40N 正の向き 物体が受ける鉛直方向の力のつりあいから、垂直抗力Nは重力 mg に 等しい。 したがって,「F'=μ'N」から, F' = N F' F 10×9.8 mg 40 =0.408 0.41 mg 8.0*0.8

（1）の矢印のところはどこから出てきたのですか?(2)では何故二つ範囲を出したのですか?出す必要はあったのですか?

遠心力に関係した身近なものとしては,洗濯機や遊園地のループ式ジェットコースターなどがある。 例題 33 鉛直面内での円運動 右図のような, 半径 [m] のなめらかな円筒面に向 けて、質量m[kg]の小物体を大きさ [m/s] の初速 度でなめらかな水平面からすべらせる。 重力加速度の 大きさをg[m/s] とする。 (1)鉛直線となす角が0の点(図の点C) を通過すると きの小物体の速さと面から受ける垂直抗力の大き 大 さを求めよ。 (2) 小物体が点Bを通過するための の条件を求めよ。 m Do O 基礎 物理 129 134 138 B C センサー 39 解答 (1) 点での小物体の速さを 円運動では,地上から見て 解くか、物体から見て解く かを決める。 [m/s] とすると, 力学的エネルギー 保存の法則より Bmgcoso N ① 地上から見る場合 遠心力は考えず,力を円の 半径方向と接線方向に分解 し、円運動の半径方向の運 動方程式を立てる。 v² m-=F または mrw²=F ② 物体から見る場合 遠心力を考え、力を円の半 径方向と接線方向に分解し、 半径方向のつり合いの式を 立てる。 どちらでも解ける。 センサー40 物体が面に接しているとき, 垂直抗力 NO (1) 水平面を重力による位置 エネルギーの基準面とする。 1 mu-mo+mg(r+rcos6) 2 2 ゆえに、 v= vo2gr (1+cos)[m/s] ....... ① 垂直抗力の大きさを N[N] とすると, 地上から見た円運動の運動方程式は, m-=N+mg cose r これに”を代入し、整理すると, 2 mvo N= -mg (2+3cos0) 〔N〕 r rcost0 mg 別解 小物体から見ると,円の半径方向にはたらく力は,実際 にはたらく力のほかに、円の中心0から遠ざかる向き に遠心力がはたらいている。 半径方向の力のつり 合いより, N+mg cose-m-00 (量的関係は上と同じ) r 等速円運動では、円の接線方向にも加速度があり、物体か ら見た場合、接線方向での力のつり合いを考えるためには,接 線方向にはたらく慣性力を考える必要がある。 (2) (1)より,00π[rad] では, 0が小さくなるにつれて, v, Nはともに減少していく。 点Bを通過するためには,点B でぃ> 0 かつN0 であればよい。 ①より, 0=0を”に代 入して, v= Vo 4gr よって, v4gr>0 ゆえに,vor 2 mvo また,②より0=0をNに代入して, N= 5mg r よって, ③ ④ を比較すると, V≧0(面から離れない条件) が ● の条件を決めることになる。 ③ ④がともに成り立つためには,vo gr V 2 mvo r - 5mg≧0 ゆえに、gr 9 9 円運動 7

物理です。 物体Pと小球が衝突する直前のPから見た小球の相対速度のx成分が-v0なのはなぜですか？

図2のように、物体Pがx=0をx軸の正の向きに速さで通過する瞬間に、質量 2mの小球が鉛直下向きに速さでP の斜面 BC に衝突した。 物体Pと小球の衝突は 弾性衝突であり, P と衝突した後の小球はPの運動を妨げないとする。 B Vo ■小球 (2m) P A to 45°C 0 図2 問4 次の文章中の空欄 (ア) ~ (ウ) にあてはまる適切な式を, v のみを 用いて表せ。 成分ux は, ux= 物体Pから見た小球の相対運動を考える。 物体Pと小球が衝突する直前の小球 (イ) であ (ア) 鉛直成分は上向きを正として の相対速度の成分は る。 したがって, 衝突直前の小球の相対速度ベクトルは,斜面 BC と直交している。 ここのことと、反発係数が1であることを考えると, 衝突直後の小球の相対速度のx (ウ) とわかる。

(2)で、グラフを使わないで求めると、式はどうなりますか？

13 エレベーターの運動 地上に静止していたエレベーターが,時刻 t = 0sに上昇 し始め、 最初の 4.0 秒間は一定の加速度で上昇し, 次の 2.0秒間は速さ 6.0m/sで上 昇した。 その後, 一定の加速度で 3.0 秒間減速し、 最上階で静止した。 (1)グラフ エレベーターの速さ [m/s] と時刻 t [s] の関係を表すグラフをかけ。 (2) 最上階の地上からの高さを求めよ。 (3)グラフ エレベーターが上昇した距離 x [m] と時刻t[s] の関係を表すグラフをかけ。 4 例題 5