力学の問題です。ハイライト部分の問題ですが、自分の解き方の力学的エネルギーを使った考えのどこが間違えなのかを教えてほしいです。

入試問題を 漆原の解法で解こう 解答編 p.4~p.9 最重要 重要問題 01 糸でつながれた2物体の運動 天井 図のように、伸び縮みしない糸の一端を水 平と0の角をなすなめらかな斜面上のおもり Aと結び, その他端を定滑車P, およびおも りBがつり下がっている動滑車Qに通し, 天 井に固定した。 いま, おもりBを床からLの 高さに置き、静かに手を放したところ, おも りAは斜面に沿って上り, おもりBは落下を 始めた。 おもりAとBの質量をそれぞれ M と M2, 重力加速度の大きさをgとし,滑車 と糸の質量および滑車と糸の間の摩擦は無視 できるものとする。 M₁ A B M2 (1) おもりAの加速度の大きさは, おもりBの加速度の大きさの何倍か。 (2) 糸の張力の大きさを求めよ。 (3)おもりBの加速度の大きさを求めよ。 (4) おもりBが床に衝突するときの速さを求めよ。 (5) おもりAが斜面に沿って登り得る最大の距離を求めよ。 <東海大 〉 重要問題 02 摩擦力を介した2物体の運動 水平面に対して角0傾いた広い斜面がある。 図のように, 斜面上に質量 m1 の平板Aを置 き,さらにAの上に質量m2の小板Bを置き, 両者が動かないように支えておく。 支えを静 かにはずしたとき, 斜面の上をAが,またA の上をBが, それぞれ下方にすべり出した。 斜面とAとの間, およびAとBとの間の動摩 B A 擦係数をそれぞれ141, 12 (12μ12), 重力加速度の大きさをg とする。 (1) 斜面に平行な方向のBの加速度を求めよ。 ただし, 斜面下向きを正とする。 12 第1章 力学

垂直抗力を分解した時なぜ角度がシータになるのか納得できません。なんとなくそうなるんだろうな……というのはありますが、理屈が分かりません。できれば図を用いながら説明お願いします！

部分 AP, および垂れ下がっている部分 よ。 プの張力の大きさを求めよ。 の摩擦力の大きさを求めよ。 いるためのαの条件を求めよ。 〔鳥取大 11. 〈斜面をもつ台にはたらく力のつりあい〉 m a 図のように,水平なあらい床の上に、なめらかな斜面をも つ台が置かれている。台は質量が M 〔kg] で, 底面と斜面の なす角度は0 〔rad〕 である。 台と床との間の静止摩擦係数を μ とする。質量 m[kg] の小物体が,一端が天井に固定され た糸で斜め上方に引っ張られ, 斜面上のAの位置で静止して いる。このとき台は床との間の摩擦力で静止しているものと する。 小物体の床からの高さはん 〔m〕 であり, 糸と鉛直方向 のなす角度はα 〔rad〕 である。 ただし, 糸は伸び縮みせず, 質量が無視できるものとする。 B 重力加速度の大きさを g[m/s] とする。また, 0<B<10<a+0 < とする。 A M 〔A〕 小物体が糸により斜面上に図のように静止しているとき, 次の問いに答えよ。 ただし, 答えは 0, α,g,m,μの中から必要な記号を用いて表せ。 (1)糸の張力の大きさ T〔N〕および小物体が斜面から受ける垂直抗力の大きさ Pi〔N〕を 求めよ。 (2) 台が床から受ける静止摩擦力の大きさ F1 〔N〕を求めよ。 〔B〕 糸を静かに切ると小物体は斜面にそって等加速度運動を始めた。 このときも,台は床 との間の摩擦力で静止しているものとする。 次の問いに答えよ。ただし、答えは日 77

50の(3)で衝突した後の速度を求める時どうして運動量保存の式立てて、反発係数の式立ててってやらなきゃなんですか?単純にeかけてはねる方向を予測してマイナスつけたりするのでは何か不都合があるのでしょうか？ 教えてください、お願いします

知識 OP A B W 50. 台と小球の運動 図のように、なめらかな曲面と 水平面、 鉛直な壁Wをもつ質量Mの台が、 摩擦のない 床の上に置かれている。 台上の点Pから、質量mの小 球を静かにすべらせた。 壁Wと小球の間の反発係数 をe(0<<1)、点Pの水平面 AB からの高さをん、重 力加速度の大きさをg とし、 速度はすべて床に対するものとして、 右向きを正とする。 (1) 小球と台が運動している間、 小球と台の運動量の水平成分の和を求めよ。 (2)小球が最初に点Aを通過するときの、小球の速度と台の速度を求めよ。 (3) 小球が壁Wと最初に衝突した直後の、小球の速度と台の速度 V' を求めよ。 (4) 衝突後、 小球が達する最高点の水平面 ABからの高さん' を求めよ。 (17. 兵庫県立大 改) 例題 5

問6の問題において、答えは①なのですが、どうしてでしょうか？ 遠心力とか関係ありそうで外側に飛んでいきそうだなと感じて⑥を選んでしまったのですが、 解説をお願いしたいです🙇‍♂️ ちなみに問5の答えは③です。

①おもりの質量や糸の長さによらず, 0は一定となる。 ② おもりの質量を大きくすると,0は小さくなる。 糸の長さを短くすると, 0は小さくなる。 ④一定の加速度の大きさ(<g)で下降するエレベーター内で同様の実験をす ると,0は小さくなる。 図4のように,三つの小物体A, B, Cを中心からの距離が等しくなるように して,静止した回転円盤上に置いた。 小物体 A, B, C と円盤との静止摩擦係数お よび動摩擦係数はそれぞれ等しく,質量はAが最も小さく,Cが最も大きい。時刻 0から円盤が回転する速さを一定の割合でゆっくり増加させていったところ, 小物体 A,B,Cは円盤上をすべり出した。 円盤は常に水平である。 AA は ほく EL 内 重力 ので なる 13 の速 の大 B O •○ 図 4 回転方向 問5 小物体A,B,Cのすべり出した時刻をそれぞれta, ts, tとする。ta,tB, tの大小関係を表すものとして最も適当なものを,次の①~③のうちから一つ 選べ 14 1 ta<tB<tc tc<tB <ta ③ta=t=tc -43- と仕事の =1/21mom² その運動エネ 運動エネル する力がし

なぜ左向きになるのですか？⑴

解説動画 4.0kg 第 12.0N I 分 例題16 粗い水平面上の運動 知識 きの ・基本問題 90・92 粗い水平面上に置かれた質量 4.0kgの物体に、一定の大きさ12.0Nの力で右向 きに引くと、物体は面上をすべり出した。 物体と面との間の動摩擦係数を0.20、 重力加速度の大きさを9.8m/s2 として、 次の各問に答えよ。 (1) 物体が受ける動摩擦力は、どちら向きに何Nか。 2物体の加速度は、 どちら向きに何m/s2 か。 指針 (1) 物体は、 運動の向きと逆向きに動摩擦 力を受けており、 その大きさは、「F'=μ'N」 と表され る。物体が受ける力を図示して考える。 re☑ 章 運動とエネルギー (2) 物体の運動方程式を立て、 加速度の大きさを求める。 解説 (1) 物体は、重力、 大きさ 12.0N の力、 接触 している面から垂直抗力、動摩擦力を受けている。 垂 直抗力の大きさを N[N] 動摩擦力の大きさをF'[N] とすると、それらの力は図のように示される。 鉛直方向に物体は運動し 。 ないので、その方向の力は つりあっている。 N-4.0×9.8=0 N=39.2N したがって、 「F'=μ'N」 AN →a 12.0 N F' mg の公式に、μ'0.20、 N =39.2N を代入すると、 左向きに 7.8N F''=0.20×39.2=7.84N (2) 右向きを正として、 物体の加速度をα [m/s2] とする。 物体の運動方程式 「ma=F」 に、 それぞれの数値を代 入して、 4.0×α = 12.0-7.84 a=1.04m/s2 右向きに 1.0m/s2 kg Advice 摩擦を無視できる面上の運動では、垂直抗力 は、運動方向の力の成分をもたないので考慮する必要は ない。 しかし、摩擦を受ける面上の運動では、動摩擦力 が垂直抗力の大きさに比例するので、考慮する必要があ る。

徹底的に分かりません A点の鉛直方向の力はないのですか？ 水平方向はなぜNAとFだけなのですか？mglcosθはどこに行ったのですか？ 解説の解説が欲しいです。

N -T=0 N= 2 2 基本例題 20 壁に立てかけた棒のつりあい 97 解説動画 質量m,長さ21 の一様な棒AB を, 水平であらい床と鉛直で なめらかな壁の間に, 水平から0の角をなすように立てかけた。 重力加速度の大きさをg とする。 A 21 (1) 棒が静止しているとき, 壁からの垂直抗力の大きさ NA, 床か らの垂直抗力の大きさ NB, 摩擦力の大きさ F を求めよ。 (2) 棒が倒れないためには, tan がいくら以上であればよいか。 ただし, 棒と床の間の静止摩擦係数をμとする。 B 指針 Bのまわりの力のモーメントのつりあい、 鉛直方向と水平方向の力のつりあいを考える。 解答 (1) 棒にはたらく力を図示する。 Bのま わりの力のモーメントのつりあいよ F=NA=- mg 2tan0 NA り mg xlcos-NA×2lsin0=0 mg NA= 2tan0 2l sin NB mg 鉛直方向のつりあいより mg Mμmg [XB 2 tan NB-mg=0 よって NB=mg cose 1 水平方向のつりあいより tan 0≥ 2μ NA-F=0 1907 (2) Fが最大摩擦力 μNB をこえなけ ればよいので F≦μNB

(4)答えと解き方が違うが正しでしょうか？ W保存力は0 W非保存力は0 内力のみ働く。 ΔK=W保存+W非保存に代入。 変形して ΔE=0 AIは不正解と言ってました。

ヒント 29 38. 〈水平面上での2物体の衝突〉 A CB AVA B VB なめらかな水平面上に,同質量m[kg] の2個の小物体AとB がある。 図に示すように, 静止しているBにAを左側から速さ ① [m/s] で衝突させたところ, 衝突後のAの速度ベクトルは,大 きさは [m/s] で, 衝突前のAの速度ベクトルとなす角は @rad〕 であり,Bの速度ベクトルは,大きさはBm/s] で, 衝突前のAの速度ベクトルと なす角はB〔rad〕 であった。 B 9 (1) まず, 衝突前のAの運動方向と平行な, 運動量の成分について考えよう。 衝突前と衝突後 で,小物体AとBの運動量成分の和が等しいことを表す式を書け。 9 (2)次に, 衝突前のAの運動方向と垂直な, 運動量の成分について考えよう。 衝突前と衝突後 で,小物体AとBの運動量成分の和が等しいことを表す式を書け。 9 (3)VA と VB をそれぞれ, V, α, β を用いて表せ。 T 2 (4) 特に, α+B= であった場合, ⊿E 〔J] を求めよ。 ただし, 衝突前の小物体AとBの力 学的エネルギーの和をE〔J〕,衝突後の小物体AとBの力学的エネルギーの和をE' [J] と したとき ⊿E=E'-E である。 必解 39 〈小球と壁面との衝突〉 [15 名古屋工大〕 次の文章を読み, 以下の問いに答えよ。 図に示すように, 水平な床と,鉛直方向に置かれた 壁がある。 壁から距離L離れた床上の点0から45°を なす向きに,小球を大きさの初速度で投げ上げた。 小球は壁上の点P (床からの高さん) で, 壁に対して垂 45° Vo

(1)はF＝mgμで置いてはだめですか？

基本例題 11 慣性力 知識 水平面上に台車があり、 台車の上に質量m[kg] の物体を置く。 台車と物体の間の静止摩擦係数をμ、重力加速度の大きさをg [m/s2] として、次の各問に答えよ。 基本問題62、63、04 m MAMAAGA (1) 台車が右向きに加速度α [m/s] で物体と一体となって運 動している。台車上から見た物体にはたらく力を図示し、摩擦力の大きさを求めよ。 (2) 加速度を徐々に大きくすると、 物体は台車上をすべり出す。 物体がすべり出すのは、 加速度がいくらよりも大きくなるときか。 指針 台車上から見ると、物体には重力、 垂直抗力、静止摩擦力、 慣性力がはたらいている。 加速度を大きくし、すべり出す直前になったとき、 静止摩擦力は、最大摩擦力となる。 を F〔N〕として、水平方向の力のつりあいの式 を立てると、 立 F-ma=0 F=ma〔N〕 解説 (1) 台車上の観測者 から見た物体にはた らく力は、図のよう に示される。 慣性力 の大きさはma [N] A垂直抗力 慣性力 ma 静止摩擦力 (2) すべり出す直前、 静止摩擦力は最大摩 擦力となる。 鉛直方 向と水平方向のそれ車 ぞれの力のつりあい から、 AN ma μN mgy 鉛直: N-mg=0 ...I で、その向きは観測者の加速度と逆向きである。 台車上の観測者から見ると、 物体は静止してお り、力がつりあっている。 静止摩擦力の大きさ 水平: μN-ma=0... ② 式 ① から N=mg これを式②に代入し、 μmg-ma=0 a=μg [m/s] 8.20.3

89 この問題でいう、Aが受ける糸の張力の矢印はどこですか？また、Bが受ける力とはなんですか？ p41

知識 A 89. 糸で結ばれた2物体 粗い水平面上の 質量 2.0kg の物体Aに糸の一端をつけ、なめらかに 回転する滑車に通して、 他端におもりBをつるす。 Bの質量を徐々に大きくしていくと、 1.5kg をこえ たときに、 Aが動き出した。 Aと面との間の静止摩 擦係数はいくらか。 ただし、 重力加速度の大きさを 9.8m/s2 とする。 B 89...

2.3解説お願いします🙏

基本例題16 あらい水平面上での運動 「衣 図のように, 水平であらい面をもつ机の上に質量 1.0kgの 物体が置いてある。 この物体に,水平から仰角30°の向きに 大きさ F[N]の力を加え続けた。 重力加速度の大きさを 9.8m/s 2 1 10 F 30° とし、机の面と物体との間の静止摩擦係数を 動摩擦係数を0.50 とする。 /3 (1) F=4.0N のとき, 物体は動かなかった。 摩擦力の大きさはいくらか。 (2)Fの値をいくらより大きくしたとき, 物体はすべり出すか。 (3) F = 8.0N のとき, 物体の加速度の大きさはいくらか。 (S E