物理の運動エネルギーの問題111（2）について質問です。 －1.0×10の四乗=－F×0.10と言う式で、右辺に－がつくのは何故でしょうか。

口知識 □110. 運動エネルギーの変化と仕事 なめらかな水平面上を,速さ 2.0m/sで運動 をしている質量 2.0kgの台車が,その進む向 きに 6.0Nの力を受け続けて, 2.0m移動し たとき,その速さは何m/sになるか。 2.0m/s (2) 動摩擦力の大きさは何Nか。 -2.0m 口知識 □112. 運動エネルギーの変化と仕事 図のように、質量 2.0kgの物体が, 水平とのなす 粗い斜面上を初速度 10m/sですべりお 物体は、斜面上を10m すべった後に静止 重力加速度の大きさを9.8m/s2とする。 力が物体にした仕事は何Jか。 6.0 N 標準問題 ■知識 □111. 動摩擦力による仕事と運動エネルギー 質量20gの弾丸が, 1.0×10°m/sの速さで, 固定された均質の木材に打ちこまれ, 表面から深さ 10cmまで入った。 弾丸が木材から受ける動摩擦力は一定であるとする。 (1) 動摩擦力が弾丸にした仕事は何Jか。 lo d 30° 10m/s 210m 倍率: 110. 111. (1) (2) 112. ヒント (2) # 事を (1) (2)

ここの相対速度uが負になる理由がわかりません。 Sに対するEの相対的な速さ=Sから見たEの速さではないのですか？自分はu＝Ve-Vsだと思いました。どこが間違っていますか？

例題24] [知識] 192. ロケットの分離 質量mの宇宙船Sと, エンジンEが 結合したロケットがある。 エンジンEの燃焼が終了したとき, その質量はMになり, ロケットの速さはVになった。 このとES us き,ロケットはエンジンEを後方に分離し, 分離後の宇宙船 Sに対するエンジンEの相対的な速さはu, 宇宙船Sの速さはvs であった。 (1) 分離後のエンジンEの進む向きは, 宇宙船Sの進む向きと同じであった。 エンジ ンEの速さをu, vs を用いて表せ。 -XIS.8er (2) 分離後の宇宙船Sの速さ vs を求めよ。酢 Link E S M m V 例題24

この問題の解説を見ても分かりませんでした 水平方向、鉛直方向の式の立て方がわからないです

10 15 20 125 例題 6 3つの力のつりあい 図のように、 重さ 5.0Nの物体が、2本の糸A, Bにつなが れて静止している。 糸Aは水平から30°上向きに,糸Bは 水平に張られている。 このとき, 糸A,Bの張力の大きさ は何か。 指針 小球には,重力と, 糸A, Bの張力がはたらく。 これらの力を水平方向と鉛直方向に分解し,各方向にお いて力のつりあいの式を立てる。 解 糸A, Bの張力の大きさをそれぞれ TA〔N〕, TB 〔N〕 とする。 水平方向と鉛直方向のそれぞれの力のつり あいから, 水平方向: TB-TACOS 30°= 0 ….① 鉛直方向: Tasin30°-5.0=0... ② 5.0 5.0 sin 30° 1/2 式 ②から, TA= これを式①に代入して, =10N 1.73 TB=TACOS30°=10×- 2 2 別解 右図に示す直角三角形の辺の長さの比を用いても 同様に計算することができる。 5.0: TA = 1:2 TA = 5.0×2=10N 5.0:Tb=1:√3 TB=5.0√3=8.65N =10x = 8.65N 8.7N 8.7 N TA TACOS 30° 15.0N 類題 6 一端を壁に固定した長さ 0.50m の糸Aに, 重さ 12N の物体をつる 020m H+ ti 糸 A 30% 30% 60° 15.0N V VA ① TA Sin 30° 重力 5.0N 糸 B 2 30° TB √√3 0.50 m. TB X

(3)で運動方程式に重力が入っていないのであれっ？となったのですが…入ってなくて大丈夫なのですか？

82 亀場中の荷電粒 次の文の に適当な式を記入せよ。 真空の空間に。 図に示すように間隔d, 長さ1の平行板電極を置く。 電極と平行 に軸、垂直に軸をとり, 原点Oは図 のように電極の左端とする。 電極の中心 からしだけ離れてx軸に垂直に蛍光面を 置く。 下の電極を接地し,上の電極に正 電子 V mc -e YA 電極 TA + + + + + d ・L・ 5 蛍光面 V の電圧Vを加え,質量m,電荷 -e である電子をx軸上で正の方向に速さ が電場から受ける力はy軸の正の向きで大きさ (2) となり, 電子の加速 でうちこむ。電極間の電場はy軸の負の向きで強さは (1) である。電子 (3) となる。 電極間ではこの加速度は一定である。 電子が電極間を 度は 通過する時間は 1/3となるから、電極間を通過する間のy軸方向の変位は (4) となる。 電極間を出た後,電子は電極間を出るときの速度の成分 たがって電極の間にうちこまれてから蛍光面に達するまでのy 軸方向の変位 と成分からなる等速直線運動をし,変位 y2 だけ上方で蛍光面に至る。し となり, m, e, V, d, l, L およびぃの関数で与えら はy=y+y2=(5) れる。 また,紙面に垂直に適当な大きさの磁場をかけると電子は等速直線運動を して, 蛍光面上の y=0 の点に達するようになる。 このとき、電子が電場か ら受ける力と磁場から受ける力のつりあいより, 磁束密度の強さは (6) (法政大) (7) に向かう向きである。 であり,その向きは紙面に垂直で

（３）の問題、公式に代入したところーをつけ忘れていました なぜ公式に代入するだけだと行けないのですか？

波が生 =2.0mである。 波の速さ 発展例題30 正弦波の式 物理 図のような正弦波が, x=0を波源として, x 軸の正の向きに進行している。 実線の波形から 最初に破線の波形になるまでの時間は, 0.10s であった。 実線の状態を時刻t=0s とする｡ (1) 波の伝わる速さ、周期, 振動数を求めよ。 (2) t=0sにおける波形を式で示せ。 (3) x=0mの媒質の変位y [m] を,時刻[s] を用いて表せ。 正弦波の波形や、 単振動をする媒質 ti st の変位は,いずれも sinを用いた式で表される。 それぞれの式は、波の波長や周期, 振動のようす をもとにして考えることができる。 解説 (1) 波は 0.10s間に2.0m進んで おり, 速さでは, =20m/s 図から, 波長=16m なので, 周期Tは, 4_16 20 I="0" v= = -=0.80 s 2.0 0.10 振動数fは, f= T 0.80 (2) 図の波形において, 1波長分 (入=16m) はな れた位置どうしでは位相が2ヶ異なり, t=0の とき, x=0の媒質の変位は y=0 なので, 位置 =1.25 1.3Hz 2 1 Ly〔m〕 -2 進む向き I I F V 10 20 x〔m〕 TX 16 8 TCX y=2.0sin 8 x での位相 (sin の角度部分)は、2012/15=1 と表される。また, x=0からx>0 に向かって まず波の山ができており, 波の振幅が2.0m な ので 求める波形の式は, (3) 媒質の振動では1周期 (T= 0.80s) 経過する と位相が2進み, x=0の媒質の変位は,図か ら, t=0のときにy = 0 なので, 時刻 t におけ t る位相(sin の角度部分) は, 2π =2.5t と 0.80 表される。また, x=0の媒質は, t = 0 から微 小時間後に負の向きに動くので、求める変位y の式は, y=-2.0sin2.5t

(3)で、回答の青マーカー部分がよく分かりません。 なぜV2-V1なのですか？

ナーを含む直流回路 図のように、抵抗値 R1= 200 [Ω], R2=300 〔〕, R3=100 〔Ω〕 の抵抗 R1, R2, R3, 電気容量 Ri Ci=4.0[μF〕, C=1.0 〔μF] のコンデンサー C1, PH C2, 起電力 E=12〔V〕 の内部抵抗が無視できる C₁ 電池 E, スイッチ K, と K2 が接続された回路が KI ある。コンデンサー C1, C2 は はじめ,電荷を もっていないものとする。 I. (1) K2 だけを閉じて時間が十分に経過した。 ME / K₂ V2 NV2 E METO A 物理 KAP R₂ EQ FC₂ R 3 抵抗 R を流れる電流 〔A〕 を求めよ。 (2) (1)で,コンデンサー CL, C2 に蓄えられている電荷[μC] を求めよ。 次に, K1 を閉じたまま K2 を閉じて時間が十分に経過した。 コンデン サー C1, C2 に電荷が蓄えられるまでに K2 を通って移動した電荷の大 きさ [C] を求めよ。 また、電流はMからNへ流れたか, またはNから Mへ流れたか。 ⅡI. (4) I. (1)において, K1 だけを閉じた瞬間に抵抗 R に流れる電流 〔A〕 を求めよ。 (電通大)

物理の質問です。リードライトの電磁気で、 (4)のFはx軸の正の向きってあるんですけど、なんで正の向きかわかりません。 電流Iって図の時計回りだから、フレミングの左手の法則で中指を金属棒に沿うと親指はx軸の負の向きになると思うんですが。(T_T)

122 第4編 電気と磁気 基本例題 76 磁場を横切る金属棒に生じる誘導起電力 真空中に金属レールが水平に置かれ,その上を金属棒がなめらかに移動でき るようになっている。 金属棒の長さは1〔m〕 で, レールの間隔に等しい。 図1 のように,xyz軸をとる。 このとき,磁束密度B [T] の磁場がx軸の正の向き に加えられている。 また, 金属棒の抵抗は R [Ω] である。 b 図2のように, 端子 a,b 間に起電力 E [V] の電池 (内部抵抗0) を接続したところ, 金属棒は動き始めた。 x軸の正の向きに速さ 〔m/s] で動いている金属棒について (1) 両端に発生する誘導起電力の大きさ V〔V〕 を求めよ。 流れる電流の大きさI 〔A〕と向きを求めよ。→ 19 (3) 加わる力の大きさ F〔N〕を求めよ。 43132&(2 MBS (4) 十分な時間が経過して金属棒の速さが一定になったときの速さv 〔m/s] を求めよ。 Ⅰ (1) おもりの速さ(一造 (1) V=vBl〔V〕 (2) キルヒホッフの法則Ⅱより E-V=RI よって I= E-vBl R 〔A〕,軸の正の向き 件の図2で電池をつかっているから Let's Try! 111 磁場を横切る導線に生じる誘導起電力 B a レール y Z 2 26 金属棒 抵抗 R x 図 a E 141. で降下する。 >>> 141 1 ○磁場 $v[m/s 指針 金属棒に生じる誘導起電力の大きさはBl〔V〕 である。 向きは、レンツの法則と右ねじの法則とから判断する。 解答 z 軸の負の向きの磁場をつくる向きに誘導起電力 (3) F=IBl= E-vBl R [BU [N] Vが発生 (レンツの法則)。 V の向きはEの向きと反対 になる (右ねじの法則)。 (4)Fはx軸の正の向きでアフレミングの左手の法則), 棒 は加速され ”の増加とともにVも増す。 VがEに 達すると, ② ③ 式より I=0, F = 0 となり, 速さは ひで一定になる。 ③ 式で, v=vo のとき F=0 より E E-vo Bl=0 よって = (m/s] BU 軸の 正の向き 図2 車の軌

物理の力学の問題です。写真のマーカー部でAの位置エネルギーを引いているのは何故か教えていただきたいです。

[知識] 170. 連結された物体と摩擦■ 図のように,粗い水平 面上に置かれた質量Mの物体Aが, なめらかな滑車 を介して,質量mの物体Bと軽い糸でつながれている。 Bを静かにはなすと, Aが距離Dだけすべり 水平面 上に固定された軽いばねと衝突して, ばねをxだけ押し縮め, 物体A, Bの運動が停止 した。 Aと面との間の動摩擦係数をμ, 重力加速度の大きさを」 とする｡ (1) Aがばねと衝突する直前の, 物体AとBの運動エネルギーの和と速さを求めよ。 (2) Aがばねと衝突してから停止するまでの間において, ばねの弾性力による位置エ ネルギーの変化を, m, M, D, x, μg を用いて表せ。 (和歌山大改) 170. 連結された物1⊂学祭 ■解答 (1) 運動エネルギーの和: (m-μM)gD, 速さ: 2(m-uM)gD M+m A v= M (2) (m-μM)g(D+x) 指針 AとBの力学的エネルギーの和は,Aが動摩擦力からされた仕 事の分だけ変化する。Bは高さの変化する運動をするので,重力による 位置エネルギーは,運動の前後で変化する。 ばねに衝突して停止したと き速さは0であり,AとBの力学的エネルギーの和は、ばねの弾性力 による位置エネルギーと重力による位置エネルギーのみである。 解説 (1) Bの最初の高さを重力による位置エネルギーの基準とし、 Aの重力による位置エネルギーをUAとすると, 最初のAとBの力学 的エネルギーの和はUA となる。 衝突する直前のBの重力による位置 エネルギーはmgDであり,このときのA,Bの速さをぃとすると mv² + U-mgDで 衝突直前の力学的エネルギーの和は, 1/12M²+1/12/ ある。また, Aが受ける垂直抗力はMg なので, 動摩擦力の大きさは μMg である。 A がばねに衝突する直前まで運動する間に, 動摩擦力 がAにする仕事は, μMgDとなり,この分だけ力学的エネルギーは 20 変化する｡ (12/2 Mu²+1/2/mu²+Ua-mgD) U^=-μMgD AとBの運動エネルギーの和は, -Mu²+1 mo² = (m-μM)gD 2 2(m-uM) gD M+m これを”について整理すると, (2) 運動が停止するまでに動いた距離はD+x になり, そのときの運 動エネルギーは0である。 このときの弾性力による位置エネルギーを ひとする。 (1) と同様に, AとBの力学的エネルギーの和は,動摩擦力 からされた仕事の分だけ変化するので, {U+U^-mg(D+x)}-U^=-μMg(D+x) U=(m-μM)g(D+x) ばねは自然の長さから縮むので 求める位置エネルギーの変化とは 等しい。 00000004 B m 第Ⅰ章 力学Ⅰ 糸の張力は,Aに正. Bに負の仕事をするので AとBを一体とみなすと. その仕事は 0 となる。 AとBは静止の状態か ら運動を始めたので, 最 初の運動エネルギーはい ずれも0である。 また, Aの運動は高さが変化し ないので,Aの重力によ る位置エネルギーは一定 である。 なお, AとBは 連結されて運動している ので, 速さは等しい。 動摩擦力は,Aが運動 する向きと逆向きにはた らくので、負の仕事をす る。 停止したとき, 速さが 0なので運動エネルギー は 0, Bの位置エネルギ -la-mg (D+x) ċ ta る。 また, 停止するまで に動摩擦力がした仕事は, μMg (D+x) である。 103

原点OにおけるAの速さを求めるために運動方程式を立てて計算するのですが、Aの運動方程式で弾性力kx ってプラスではないのですか？ バネを押し込んでいるのでX軸正の方向に力が働くと思ったのですが。

図1のように, 水平面上にばね定数kのばねの一端が壁に固定されている。 ばねのもう一端には質量Mの小物体Aが 取り付けられている。 ばねが自然長となる位置を原点0とし, 水平方向にx軸をとり, 右方向を正の方向とする。 x=aより右側の区間は摩擦のある領域であり, それ以外の領域は摩擦がないものとする。 小物体Aに質量mの小物体Bを押しつけて, ばねを自然長からr (<a) だけ縮めたあと静かにはなした。 しばらく の間はAがBを押しながら一体となって運動し, その後Bは分離して右方向へ運動した。 以下の問1~問3に答えなさ い。ただし,重力加速度の大きさをg とし, 小物体の大きさ, ばねの質量や空気抵抗は無視できるものとする。 000000000000000 A -r B 摩擦なし 図 1 a 摩擦あり B

力学的エネルギー保存の法則の問題(写真の赤丸の問題)について質問です。解説の「速さが最大になるときの物体の位置をとする。板を取り去った 
直後とで，力学的エネルギー保存の法則の式を立てる」とは、どう言うことでしょうか。また、「物体の位置がx2のとき、重力による位置エネルギー... 続きを読む

1 3 W₁ 168.弾性体のエネルギー <解答> (1) 解説を参照 (2) mg 1 k 0= mg k (4) x= (1) (2) 物体は重力, 弾性力 垂直抗力を受け、それらの力はつ りあっている。物体の位置がxのときのつりあいの式を立てる。 また, 板が物体からはなれるとき, 垂直抗力が0となる。 (3)物体は重力弾 性力の保存力だけから仕事をされ, その力学的エネルギーは保存される。 ばねの伸びが最大になるとき, 物体の速さは0 となる。(4) 運動エネル ギーをxの関数として式で表し、 速さの最大値を求める。 解説 (1) 物体の位置がxのとき, 弾性力は鉛直 上向きに kx であり, 物体が受ける力は図1のよう に示される。 力のつりあいから、 2mg_ k 1 2 m k 9 mg-kx-N=0 N=mg-kx ...① これから, Nとxとの関係を示すグラフは、図2の ようになる。 (2) 板が物体からはなれるときは, N=0 となる。 (3) -mv-mgx2- 2mg k 図 1 x₁= (4) 速さが最大になるときの物体の位置をxとする。 板を取り去った 直後とで, 力学的エネルギー保存の法則の式を立てると, 2+ +½kx²³² kx mg 図2のグラフから, N = 0 となるxの値は, x= k (3) x=0を重力による位置エネルギーの基準とし, 板を急に取り去っ た直後と, ばねの伸びが最大になったときとで, 力学的エネルギー保 存の法則の式を立てる。 板を急に取り去った直後, 運動エネルギー, 重力および弾性力による位置エネルギーは,いずれも0である。 ばね の伸びが最大になるときの物体の位置をxとすると, その位置での 運動エネルギーは 0, 重力による位置エネルギーはmgx, 弾性力 による位置エネルギーは 1/21 kx² と表される(図3)。これから,力学 的エネルギー保存の法則の式を立てると 図3 200-mgx+1/23kx0=x,(kx,-2mg) x₁=0, 2mg_ k x = 0 は板を取り去った位置なので、 解答に適さない。 したがって, mg て,x2= のとき、1/12mmは最大値 k ▼mg (1) 問題文の 「ゆっく りと下げ･・･」とは,力が つりあったままの状態で 板を下げることを意味す る。 mg_ | mv²=mgx₂= kx²=-=k(x₂ − m ² ) ² + ²q² ... @ 2k 速さが最大となるのは, 式 ② が最大値となるときである。 したがっ m²g² 2k となる。 NA mg 図2 E=0 mg k +½kx² E=0-mgx+ 7 0 ンズ (3) 物体の力学的エネ ルギーは、 運動エネルギ 重力および弾性力に よる位置エネルギーの和 である。 第1章力学Ⅰ 物体の位置がxのと き 重力による位置エネ ルギーはmgxz, 弾性 力による位置エネルギー は kx2²/2 となる。 01/23m²の最大値を求 めるには,式②のように 平方完成をするとよい。 101 some 体に力を加えて いて, この力がする仕事の仕事率を求めよ。 度の大きさをgとする。 (1) 物体と斜面との間に摩擦がない場合 (2) 物体と斜面との間の動摩擦係数がμ' の場合 →例題13 自然の 長さ HALA 168. 弾性体のエネルギー図のように, ばね定数kのばねの 上端を天井に固定し,下端に質量mの物体を取りつける。 ばね が自然の長さとなるように, 板を用いて物体を支える。 ばねが 自然の長さのときの物体の位置を原点として, 鉛直下向きを正 とするx軸をとり,重力加速度の大きさをgとする。 (1) 板をゆっくりと下げ, 物体からはなれるまでの間で,物体 が受ける垂直抗力の大きさNと位置xとの関係をグラフで示せ。 (2) (1)の場合において, 板が物体からはなれるときの物体の位置xを求めよ。 17 (3) 板を急に取り去った場合, ばねの伸びが最大となるときの物体の位置 x を求めよ 物体 板| ばね < (4) (3) の場合において, 物体の速さが最大になるときの物体の位置 x と, そのとき (拓殖大改) 速さ”をそれぞれ求めよ。 [←]自然の長さ ors→Q Ø Ø d d d d d d d d d d d d d d d d d d [知識] 69. 動摩擦力と仕事■ 水平面上の壁にばね定 数んのばねの一端を固定し、 他端に質量mの物 体を取りつけた。 ばねが自然の長さのときの物 日本の位置Oを原点とし、 右向きを正とするx軸 をとる。 物体を原点Oからx軸の正の向きに距離 はなれた位置Pまで引き,静か なすと、物体はx軸の負の向きに向かって動き出し, 0から距離s はなれた位置 8420 (愛知教 停止した。 この運動では,PとQの間のある点で物体の速さが最大となることが観測 た。 物体と面との間の動摩擦係数をμ, 重力加速度の大きさをgとする。 物体が位置Pにあるとき, ばねにたくわえられている弾性エネルギーはいくら 物体が0から距離 x はなれたPとQの間の任意の位置Rにあるとき, 物体の エネルギーはいくらか。 物体が静止する位置Qの座標s はいくらか。 物体の速さが最大となる位置を求めよ。