物理の電磁気の交流の問題です。写真に示してある問題の中の問２の（7）の問題で、一番右の写真の解説を見たのですが、冒頭の文章から意味がわからないので教えてほしいです。

Go/ 26 問題 2024年度 前期日程 物理 名古屋工業大 II コンデンサーの原理を用いると, 非接触で電気エネルギーを伝えることができ る。ここでは、壁の両側に金属製の極板を設置して, 壁の向こう側に電気エネル ギーを伝えることを考える。 以下の問1 ~問3に答えよ。 解答に物理量を表す文字 を使用する場合は、指定された記号から必要なものを選んで使用し, それ以外の記 号を使用しないこと。 ただし, 解答が数値となる場合は,指定された記号を全く使 用しなくてもよい。 問1 まず、 図1のように, 壁の両側に極板 A, B, C, D を設置した。斜めから 見た様子を図2に示す。 壁は誘電率 e 〔F/m〕, 厚さd 〔m〕 の均一な誘電体と みなすことができる。 全ての極板は面積S〔m²〕の正方形の導体である。 極板A と極板 B, 極板Cと極板D は, それぞれ, ずれることなく向かい合っ ており,平行板コンデンサーを形成している。 それらのコンデンサーは等しい 静電容量を持ち,その値を C(F)とする。 全ての極板の一辺の長さは、壁の厚 さに比べて十分長く,極板端部の影響は無視できる。それぞれのコンデンサー は互いに影響を及ぼさないものとする。 交流電源を極板Aと極板Cの間に接続した。 交流電源の角周波数 をω[rad/s] とする。 交流電源の電圧の, 時刻 t [s] における瞬時値を V(t)= Vocos (wt) 〔V〕 とし, 実効値を V, 〔V〕 とする。 さらに,抵抗値 R [Ω] の抵抗を, 極板Bと極板Dの間に接続した。 この回 路は,静電容量がCのコンデンサー2個と、抵抗値Rの抵抗, および交流電 源を直列に接続した回路とみなすことができる。 回路に流れる電流の実効値を Ie [A] とする。 導線の抵抗は無視できる。 (1)極板 A.Bによって形成されるコンデンサーの静電容量Cを. S.d.c うち必要な記号を用いて表せ。 (2) 図1の点A, B間にかかる電圧の実効値を, Ie, w, C, R のうち必要な記 号を用いて表せ。 (3) 電流の実効値Ie, Ve, w, C, R のうち必要な記号を用いて表せ。 (4) 抵抗値Rの抵抗で消費される電力の時間平均を, Ie, w, C, Rのうち必 要な記号を用いて表せ。 名古屋工業大 V(t) ( V(t)☹ 極板 A d 点 A 壁 極板 B 点 B 極板 C 図1 極板 D 極板 A 極板 B (壁の裏側) 壁 極板 C 図2 `極板D ( 壁の裏側) 問題 27 2024年度 問2 図1の回路に加えて, インダクタンスがL [H] のコイル2個を図3のよう に接続した。 交流電源の角周波数において, 静電容量 Cに対応するリアク タンス(容量リアクタンス)をXc[Ω] インダクタンスLに対応するリアクタ ンス (誘導リアクタンス)を XL [Ω] とする。 前期日程

3番の問題です。 解説の右側にあるvを変えるとrの値も変化するもあるのですがなぜですか？

(3) このばねのは 156 円錐容器の内側での等速円運動 内面がなめらかで すりばち形をした器の中で, 質量mの小さい物体がすべりなが ら、水平面内の等速円運動をしている。 円錐の母線が水平面と なす角を 0, 重力加速度の大きさをg とする。 (1)円運動の速さと軌道の半径の関係を求めよ。 (2) この円運動の周期Tをg, r, 0 を用いて表せ。 (3)円運動の速さを2倍にしたとき,円運動の周期は何倍にな 例題 35,169,170, 174 るか。

1番の問題です。 tanθを求めるとこまでは分かったのですがそこからどうやって速さを求めたのかが分かりません。 教えてください

ここがポイント 156 円錐容器の内部で等速円運動している物体には,面からの垂直抗力と重力の2力がはたらいている。 この2力の合力が, 向心力のはたらきをしている。 この合力は、 水平方向で円の中心を向く。 具体的に 力を求めるには、 鉛直方向と水平方向に力を分解する。 鉛直方向は力のつりあいが成りたち, 水平方向 の分力は等速円運動の向心力となる。 解答 (1) 物体にはたらく垂直抗力をNとする。 垂直抗 力の鉛直成分と重力はつりあっているので Ncos0-mg=0 1 別解 N Ncos 6/ m 向心力人 INsin O また,水平方向の分力が向心力のはたらきをし 左向き ているので mg mg v2 r よって, 上の2式より m=Nsine 物体とともに回転する立場で 考えると, 垂直抗力と重力 sin v2 tan0= = cos gr ゆえにv=gtan (2) 周期の式 「T= 2mr」より (5) T=- 2лr √grtan r == -=2π gtan0 (3) (1) の結果より r= v2 gtan 遠心力の3力がつりあい、 体は静止しているように見 力のつりあいの式は EJNcose-mg=0 Nsino-m=0 注 r 「T=2xr を2倍にしたとき、 1/2倍としてはならない これより,速さを2倍にすると軌道の半径 よって(2)の結果より, rを4倍にすると周期 は4倍になる。 は2倍になる。 を変えると の値も変 ることに注意する。

（3）なぜ2分の1じゃないのか理解出来ないです 解答には半径Rが変わるから2分の1にしては行けないと書いていますがなぜ半径が変わるのかもわかりません 教えて欲しいです！

(3) このばねのばね定数k [N/m〕 を求めよ。 49 円錐容器の内側での等速円運動 内面がなめらかです りぼち形をした器の中で,質量mの小さい物体がすべりながら, 水平面内の等速円運動をしている。 円錐の母線が水平面となす 角を0,重力加速度の大きさをgとする。 (1)円運動の速さ”と軌道の半径rの関係を求めよ。 (2)この円運動の周期Tをg,r, 0 を用いて表せ。 (3) 円運動の速さを2倍にしたとき、円運動の周期は何倍にな るか｡ 例題 14,62,63,67 WE athal- 平↑々 sving

仕事とエネルギーの変化の問題なのですが、積分していくやり方でやって行ったのですが、問題の1,2,3はどこから出てきたのでしょうか？ 積分で解くのが初めてでどれが何を表しているのか分かりません。 よろしくお願いします

1 運動方程式は、 x :ma = F-mg sin y:m0= N-mg coso であり、 x 方向の式を0から1までxで積分す X ると､ 斜面垂直方向には運動していないため、 垂直抗 力は仕事をしていない (右辺)=「Fdx+∫(-mg sin O)dx (左辺) = ffmadx -mv² 1 1 2 =-mun - m02 2 1 2 2 Flのこと? 11 Fh sin e 12h F m sin O -mun であるから、 (=(1) WĘ (4) Un = = =[Fx]+[-mgxsine] = Fl+-mglsino, = Fl+-mgh を入れかえ Som du de dx pl =jomdz du dat 11 Somudu (2)0 (3) -mgh ・mg N lE F h mg 0 斜面の長さが書いていないため、 h の点を 1と設定した。 この1はこちらが勝手に設 定しただけで与えられていないため、答え に使用してはならない。 ※x 方向には計算に長さを使うのでx座標に メモリを入れているが、 y 方向の長さは不 要なのでy座標にメモリは入れていない。 力を積分すると仕事 ② 仕事を計算するときはも積分の中に入れる 1sin0=h (3) 定積分に代入するときに、 1 や 0 を代入す るのではなく、 「位置が 1 のときの速度」 「位置が0のときの速度」 を代入する。 運動方程式の左辺を積分すると運 動エネルギー変化 mgsin X

2枚目の写真の方程式までは出せました。 ですが、この方程式の解き方が分かりません！ どなたら教えてください🙏

のここがポイント 円錐容器の内部で等速円運動している物体には,面からの垂直抗力と重力の2力がはたらいている。 この2力の合力が, 向心力のはたらきをしている。この合力は, 水平方向で円の中心を向く。具体的に 力を求めるには, 鉛直方向と水平方向に力を分解する。鉛直方向は力のつりあいが成りたち, 水平方向 の分力は等速円運動の向心力となる。 49 (1) 物体にはたらく垂直抗力をNとする。垂直抗 力の鉛直成分と重力はつりあっているので N cos 0-mg==0" また,水平方向の分力が向心力のはたらきをし ているので 1 別解 |N Ncos m 向心力 Nsin 0 mg mg m- r = Nsin0 物体とともに回転する立場で 考えると,垂直抗力と重力と 遠心力の3力がつりあい, 物 体は静止しているように見え る。力のつりあいの式は N cos 0-mg=0 よって,上の2式より sin0 tan 0= ゆえに ひ=Vgrtan0 cos 0 gr 2元r (2) 周期の式「T= より Nsin0-m-=0 2元r r =2πVgtan0 T=- Vgrtan0 (3)(1)の結果より v? 2 (注 2元r 「T="」より, ひを2倍にしたとき, Tは 一倍としてはならない。ひ ア= gtan0 これより,速さひを2倍にすると軌道の半径rは4倍になる。 よって(2)の結果より,ァを4倍にすると周期Tは2倍になる を変えると、rの値も変化す ることに注意する。 b|r

初歩的な質問ですが、物体が右向きに動いているからと言って、右向きに力が働くとしてはならないのは何故ですか？

本例題 |/Z 摩擦のある水平面上の物体の運動 あらい水平面上を, 質量 kg]の物体が右向 きに初速度 sm/s]で動き出し, ある距離を進ん で静止した。物体と面との間の動摩擦係数を //, 重力加速度の大きさを 9〔m/s人)とする。 (1) 物体の加速度の向きと大きさを求めよ。 (2) 物体が動き出してから静止するまでに進んだ距離 7/(m〕 を求めよ。 (1) 物体には, 重力 7xg〔N〕, 垂直抗力 W(N] および動摩擦力 が/[NJがはたらく。 ・鉛直方向の力のつりあい = ・動摩擦力の大きさ ーーの 右向きを正の向きとし, 加速度を om/s*]とする。 物体の運動方各式(水平方向) は 2ニーが よって, g=ニー/の(ms (2) 動き出してからの変位が =/[m]のとき, ヵニ0 m/s 物体が右向きに動いているから | といって, 右向きに力がはたら これらとgニー/の[m/s)を ゲー "一2gx に代入して. | <としてはならない! a 3 ニー_W' 0*一“ニー2/〆9/ よって。 生計廊上

4番の問題ですが、絶対値|Fa-Fb|にする意味がわかりません。右向きだから、Fb<Faで計算してはならないのですか？