(5)の単振動、最大の速さについての質問です！解説は理解出来てますが、2枚目にあるように単振動の位置エネルギーで表せないのはなぜですか？

114 力学 38 単振動 水平面内において一定の角速度ので 回転している円板がある。 円板上には, 半径方向にみぞが掘られており、その中 にばね定数k,自然長のばねが置かれ ている。 ばねの一端は中心0に固定され, 他端には質量Mの小球Pがつけられてい る。 Pはみぞの中を滑らかに動け, 0 か つ らPまでの距離rを用いておもりの位置を表す。 いま、円板上で静止 している観測者Aには, Por=ro の点に静止して見えた。 真上から見た図 Level (1), (2)★ (3)~(5)★ Point & Hint W (1) ro をlk, M, ω を用いて表せ。 (2) こうなるために必要な角速度に対する条件を表せ。 次に,Pをみぞに沿って外側に動かし, 点0 からの距離 n の点で静 かにPを放したところ, P はみぞの中で運動を始めた。 (3) Pが位置にあるときAが見る加速度をaとすると, A が書くべ き運動方程式はどのようになるか。 みぞ方向外向きを正とする。 (4) Pの位置を,rの代わりに ro から測ってx=r-ro を用いて表 すと, 運動方程式の右辺の力はLx の形になる。 Lをk, M, ω を 用いて表せ。 (5) Pを放してからばねの長さが最小となるまでの時間, ばねの長さ の最小値,およびAが見るPの最大の速さをk, M, w, ro, n, のう ち必要なものを用いて表せ。 (北海道大) Aにとっては遠心力が現れている。 (2) (1) の答えの形から自然に条件が決まってくる。 (5) (4) の結果からPの運動が確定する。 P the p LECTURE (1) 遠心力と弾性力のつり合いより Mrow²=k(ro-l ... (2)>0より kl Yo= k-Mw² k-Mw² > 0 k w√ M 回転が速過ぎると(ωが大き過ぎると),弾 性力より遠心力がまさり つり合う位置がな くなってしまう。 (3) ばねの伸びは -l と表せるから Ma=Mrw²-k(r-1) (4) 上式に r = ro+x を代入すると ( 38 単振動 •mmmm 自然長 遠心力がかかるから, | ばねは伸びているはず。 ①を用いた 115 遠心力 Mをmと書いてい ないだろうか? 物体上から見たとき 向心 外から見たとき ▷じゃ Ma = M(ro+x)w² − k(ro+x-1) ) =Mxw²2-kx =-(k-Mω²)x ......2 ∴. L=k-Mo² (2)で求めた条件よりLは正の定数であり,②はPがx=0(力のつり合 い位置)を中心として単振動をすることを示している。 (5) ②から単振動の周期Tは M 最大の速さは、 公式 Vmax = Aw より [ro を代入する) より速い Queeeeeeeeeeee- 0 Yo T=2nvk-M²2 2π√ とする誤りが多い。ばね振り子の周期 k が不変となるのは、ばねの力のほかに一定の力 がかかる場合のことである。 遠心力は半径と ともに変わる力である。 ばねの長さが最小となるのは, 内側の端の位置にくるときだから、端か ら端までの時間は半周期。よって, M T= √k-M₁² 振幅Aは上図より, A = n-ro よって, ばねの長さの最小値は ro-A=2ro-n # A 中心 k-Mos² A² = (n-1)√² M

(2)の式って公式ですか??

解説 (1) 初期位相が0なので位相をwtとして、 x = Asinwt, v=Awcoswt, a=Aw'sinwt xとαの式を比較すると, a=wx 3 (2) 初期位相は123 なので位相をwt+ OF 3 2³T) == x = Asin wt+ v=Awcos wt+ -Aw'sin wt+ sin (wot a=- 3 2 おいて π - A cos wt 3/17) π 2 これをグラフにすると右図の通り。 Aw sin wt ”として Aw'cos wt JUA XA A 0 TA VA AW 0 - Aw a 4. Aw² 20 - Aw² S T ✓ Tate T t

(2)①が0になるのってcos π/2が単位円で0になるからですか??

3 7 COS 2πt a = -Aw² sin wt = 4√3 7² sin 2πt...(ii) ① (i), (ii)式にt= 0.25s を代入すると, v = 2√3 π cos(2π x 0.25) = 2√3 сOS TT s= 2 = 0 m/s T a = 4√3 7² sin(27 X 025) -- 4√3 7² sin TT 27² 66

解答に書いてあるvはおかしくないですか？普通vはv＝Aωcosωtではありませんか？ なぜこうなるのか教えてください。

重要例題 12 鉛直ばね振り子 2分 NED ASKET COFF 図のように, ばねにつり下げられたおもりがある。 それを少し引き伸ばしたのち静か Bay に手をはなした。 その後のおもりの運動エネルギーEと時間tの関係を, tを横軸,E を縦軸として表したグラフはどれか。 次の①~ ⑦ のうちから適当なものを1つ選べ。 ① ② 4 VIZE W N. MATUMS (5) ĽK 6 O ⑦ パ O 考え方 おもりは重力とばねから受ける力の合力に よって単振動をする。 単振動の振幅をA, 角振動数 をωとすると, 時刻 t における速度はv=Awsin wt となる。 おもりの質量をmとすると, 運動エネル ギーEはE=12/2mv=12m mv²=1mA²w² sin² wt [1996 追試〕 となる。 よって, 最小値 Emin=0 (sin'wt=0のとき), 最大値 Emax=1/17mA'ω' (sin't=1のとき)の間で 周期的に変化することになる。 解答

（1）の解説、なぜ0.4にマイナスがついてるんですか？🙇🏻‍♀️

まさ 必解 140 単振動 原点 (x=0) を中心に軸上を単振動をしている物体がある。 この物体は, 時刻 t=0[s] のとき, 原点をx軸の正の向きに最大の速さ 0.30m/s)で通過した。 また, x=0.10〔m〕の位置における加速度の大きさは0.40m/sであった。 (1)この単振動の角振動数はいくらか。 (2) この単振動の振幅はいくらか。 (3) この単振動の変位の式と速度の式を求めよ。 センサー 44

なぜKには5.0が入るのですか？

基本例題 37 水平ばね振り子 →180,181 解説動画 ばね定数 5.0N/m の軽いつる巻きばねを. なめらかな水平面上に置き, 一端を固定し,他端に質量 0.20kgの小球をとりつける。 小球を水平方向に距離 0.40m だけ引いてからはなすと, 小球は単振動をする。 自然の長さ 0.40m, (1) この単振動の周期 T [s] を求めよ。 DAD (2) 小球の加速度の大きさの最大値 α [m/s2] を求めよ。 (3) 小球がもつ力学的エネルギーE[J]を求めよ。 指針 (2) 単振動の加速度の最大値 α =等速円運動の加速度 Aw² 2π 20.20 5.0 5 = -=1.3s m 解答 (1) 周期 T=2π =2π 2 2π k (2) ao= Aw² = A ( ²7 )² = A(√ T m (3) E=1/1/2kA=1/12/1× 2 =0.40× ×5.0×0.40²=0.40J 5.0 0.20 =10m/s² 2000000000000 200000 mmmmmm 速さ ----. 0.40 m, 0.40 m 加速度の 大きさ 0 - 最大 - 0 - 最大 - 0 - 最 MATT

3番です なぜ運動エネルギーはないのですか？

基本例題 37 水平ばね振り子 180,181 解説動画 ばね定数 5.0N/m の軽いつる巻きばねを, なめらかな水平面上に置き, 一端を固定し,他端に質量0.20kgの小球をとりつける。 小球を水平方向に距離 0.40m, 0.40m だけ引いてからはなすと, 小球は単振動をする。 (1) この単振動の周期 T [s] を求めよ。 (2) 小球の加速度の大きさの最大値α 〔m/s2] を求めよ。 (3) 小球がもつ力学的エネルギーE[J]を求めよ。 指針 (2) 単振動の加速度の最大値 α = 等速円運動の加速度 Aw² DECE 0.20 2π 5.0 5 m 解答 (1) 周期 T=2π = 2π₁ k 2 -=1.3s 2 2 k (2) ao= Aw² = A (²7) ²= A(√₁ T m (3) E=1/12/kA²=1/123×5.0×0.40°=0.40J 5.0 0.20 自然の長さ Mmmmmmo -0. =0.40× -=10m/s2 bom Fm 速さ 加速度の 大きさ 0.40 m, 0.40 m roddo 0 - 最大 - 最大 - 0-量 777

3番の縦波を横波表示する方法を教えてください

71 *基 図は縦波を表すグラフである。 x軸は媒質のつり合いの位置を,y軸 は左右への媒質の変位(右方向を正)を 表す。 波は右へ速さ 2m/sで進み, 波の先 端が自由端 P(x=5mの位置)に達した時刻を t=0s とする。 この波の周期はいくらか。 で答えよ。 12 t = 0s において, 媒質の密度が最も疎である点のx座標を図の範囲 右方向の媒質の速度を正として時刻t = 0s において,各位置にお ける媒質の速度uの概略を,図の範囲内でグラフに描け。 この波が自由端Pで反射して,反射波の先端が点x=0mに達す る時刻を求めよ。 (イ) その時刻において, 図に示す各位置での変位をグラフに描け。 (ウ) x=0mにおける媒質変位の時間変化を 0≦t≦4.5sの範囲でグ ラフに描け。 (5) P が固定端の場合について,前問 (イ), (ウ)のグラフを描け。 0.14 y[m] -2-10 1 -0.11 2 / 3 4 5 P x [m] (名古屋市大信州大)

3番の縦波を横波表示する仕方を教えてください

(東京理科大 ) 71 * 基 図は縦波を表すグラフである。 x軸は媒質のつり合いの位置を,y軸 は左右への媒質の変位 (右方向を正)を 表す。 波は右へ速さ 2m/s で進み, 波の先 端が自由端 P(x=5mの位置)に達した時刻をt=0s とする。 (1) この波の周期はいくらか。 (2) t=0s において, 媒質の密度が最も疎である点のx座標を図の範囲 で答えよ。 0.14y(m) - 2-10 1 2 -0.1 ta 3 4 5 x [m〕 (3) 右方向の媒質の速度を正として時刻 t = 0s において,各位置にお ける媒質の速度uの概略を、図の範囲内でグラフに描け。 (ア) (4) この波が自由端 P で反射して, 反射波の先端が点x=0mに達す る時刻を求めよ。 (イ) その時刻において, 図に示す各位置での変位をグラフに描け。 (ウ)x=0mにおける媒質変位の時間変化を 0≦t≦4.5s の範囲でグ ラフに描け。 (5) P が固定端の場合について,前問(イ), (ウ)のグラフを描け。 (名古屋市大+ 信州大)

物理重要問題集より単振動です 写真の4).5)青線部分の2はどこからでてきたのですか？ 教えて欲しいです

A 必解 52. <2本のばねによる単振動〉 図のように,なめらかな水平面上に質量mの物体Pが同 じばね定数んをもった2つのばね A, B とばねが自然の長さ にある状態でつながっている。 水平面上右向きにx軸をとり, このときの物体Pの位置をx座標の原点とする。 物体PをばねAのほうへ原点Oよりaだ けずらしてからはなす。 このとき物体Pは単振動する。単振動は等速円運動のx軸上への正 射影の運動であるといえる。 時刻 t=0 において、物体Pはちょうど x座標の原点Oを正の 向きに向かって通過した。 ばねの質量はないものとして、次の問いに答えよ。 (1) 時刻t における物体Pの位置xおよび速度を等速円運動の角速度を用いて表せ。 (2) 時刻t において物体Pが位置xにあるときの加速度αを, ω と x を用いて表せ。また,2 つのばねAとBから受ける力Fを, kとxを用いて表せ。 B 1000 P P800000 120 (3) 物体Pが x = α に達してから, 初めて原点を通過するまでの時間 to と, 初めて x 12/24を通過するまでの時間を,kとmを用いて表せ。 (4) 物体Pの運動エネルギーKの最大値とそのときの位置, およびばねの弾性力による物体 FELS ULL Pの位置エネルギーUの最大値とそのときの位置を表せ。ただし,ωやTを用いないこと。 pl (5) 物体Pが単振動しているときの速度と位置xの関係を求め, vを縦軸に,xを横軸にと ってグラフに示せ。このとき座標軸との交点を,a,kおよびm を用いて表せ。 また,物 体Pが時間とともに図上をたどる向きを矢印で表せ。 [香川大 改〕