・物理 (5)の問題です、運動量保存則の方程式から答えへの式変形がわからないです よろしくお願いします🙏

■問題■ 67P 1 図のように、水平面をなす地表から高さん [m] のところより, 質量M [kg] の物体が時 弾丸が速さ Vo [m/s] で, 物体の発射と同時に鉛直上向きに発射された。 その後, 弾丸は 刻 t = 0[s] において速さ Vo [m/s] で水平に投げ出された。 一方,地上から質量m[kg]の 物体に命中し, 一体となった。 重力加速度の大きさをg [m/s]とする。また Vo > √gh とする。 物体および弾丸の大きさを考えないものとし, 空気の抵抗を無視す る。物体の最初の位置を通る鉛直線と地表の交点を原点とし、物体の初速度の方向を 軸,鉛直上向きをy軸とする。 弾丸が物体に命中するまでの間について、以下の問い に答えよ。 Vo h (d, y3) Wo vol IC ( (1) 時刻tでの, 物体の位置の座標 (x1,y1) [m] を記せ。 (2) 弾丸は座標 (d, 0) [m] から発射されるものとする。 時刻tでの, 弾丸の位置の座標 を (d, y2) [m] とする。 y2 [m] を記せ。 弾丸が物体に命中した時刻をt [s] とする。命中直後,一体となった物体の速度の方 向は水平になった。 以下の問いには,g,h, M, Vo のみを用いて答えよ。 (3) t3 [s] および [m] を求めよ。 弾丸が物体に命中したときの, 物体と弾丸の座標を (d, y) [m] とする。 y3 [m] を求めよ。 (4) 弾丸が物体に命中する直前の, 物体と弾丸のそれぞれの速度の成分とy 成分を求 めよ。 (5) 弾丸が物体に命中した直後の物体の速 音の

（2）と（3）教えて欲しいです。解説よんでもなかなか理解できなくて…

■ 摩擦角 粗い板の上に質量10kgの物体が置かれている。 いま、右図のように、この板を徐々に傾けていき 板と水平面のなす角を徐々に大きくして 10kg (1) 058 たところ, 30° を超えたとき, 物体が滑りだした。 Jo To 7981 (2) 重力加速度の大きさを 9.8m/s' とし.3=1.73 とする。 (1) 物体と板の間の静止摩擦係数を求めよ。 (3) (2) 物体が滑りだした後,板と水平面の角を30°で固定したところ、物体の加速 L= 98 度の大きさは 0.49m/s' となった。 このときの動摩擦係数を求めよ。 (3) その後; 摩擦係数が等しい 20kgの物体に置き換えて, 板を徐々に傾けた。 F=49-4 物体が滑りだす直前の角度はどのように変化するか答えよ。 A ffrcosgo 49) 737

教えてください。

下図のような, 半径rのなめらかな円筒面に向けて 質量 m の小物体を大きさ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とする。 B vo To my (1)図の点 A を通過するときの,小物体が面から受ける垂直抗力の大きさを求めよ。 (2)小物体は点 B で面から離れた。このときのcosはいくらか。

大問36の解説お願いします！ ちなみに答えは5.0m/sです！

S=5.0 ma= F.d 124(1) VA=2.0.4.8.15=2940 物理基礎 プリント3 は応用問題、または電卓を使う問題 ことわりのない問題では、重力加速度の大きさをg (単位がある場合はg[m/s]) とする。 31. 次の各問いに答えよ。 (1) 5.0m/sの速さで進んでいる質量 2.0kg の物体がもつ運動エネルギーはいくらか。 (2)20m/sの速さで飛んでいる質量 0.15kg のボールがもつ運動エネルギーはいくらか。 (3) 9.0m/sの速さで走っている質量60kg の人がもつ運動エネルギーはいくらか。 (4)40cm/sの速さで進んでいる質量10gのビー玉がもつ運動エネルギーはいくらか。 } 32.次の各問いに答えよ。 (1) 質量 3.0kgの物体がもつ運動エネルギーが6.0Jであるとき、この物体の速さを求めよ。 ( (2) 質量 0.50kgの物体がもつ運動エネルギーが9.0Jであるとき、 この物体の速さを求めよ。 (3) 野球のボールの重さ(質量)は 150g である。 あるピッチャーの投げたボールの運動エネルギーが 120Jであるとき、このボールの速さはいくらか。 (4) 装弾筒付翼安定徹甲弾(APFSDS, armor-piercing fin-stabilized discarding sabot) は、 戦車などの装甲を貫くのに特化した砲弾である。 砲弾 の質量が20kg, その運動エネルギー (破壊力) がIOMJであるとき、 砲弾の速 さを求めよ。 37.4.0m/s 37.4.0m/sの速さで等速直線運動をしている質量 0.50kgの 物体に2IJの正の仕事を加えると、物体の速さはいくらになるか。 した 38.7.0m/sの速さで等速直線運動をしている質量 4.0kg の 物体に66Jの負の仕事を加えると、物体の速さはいくらになるか。 39. 静止している質量m[kg]の物体に [J]の正の仕事を加えると, 物体の速 さはいくらになるか。 40.vo[m/s] の速さで等速直線運動を する質量m[kg]の物体に, M[J] の正の 仕事を加えると, 物体の速さはいくらにな るか。 m[kg] はじめは静止 仕事 [J] m[kg] vo [m/s] 仕事 [J] ( 33★野球のボールは150g, サッカーのボールは450gである。野球のピッチャーが投げた時速150km のボールと、サッカー選手が蹴った時速200kmのボールを比べた場合、サッカーボールの運動エネルギ ーは野球のボールの何倍か。 答は分数のままでよい。 0.45k 34. 大相撲では体重 (質量) 150kg の人が 10m/s でぶつかる。 重量 2.4t の自動車が時速90km で走っているとき、その運動エネルギーは大相撲の力士の運動エネルギーの何倍か。 35、子どもにぶつかっても安全なエネルギーは120J と言われている。重量1.5t の自動車がこの運動 エネルギーで走るとすると、速さはいくらになるか。 m/s と km/h で求めよ。 (36.3.0m/sの速さで等速直線運動をしている質量 6.0kgの物体 に48Jの正の仕事を加えると、物体の速さはいくらになるか。 6.0kg 3.0m/s ひ 仕事48J 41. ★空気中を運動する物体には、動いている方向と逆向きに空気抵抗がはたらく。 ピッチャーが150gのボールを投げた。 ボールの初速は40m/sである。 このボールには1.85Nの空気抵 抗がかかる。 ボールが18m離れたベース上にきたときの、ボールの速さを求めよ。 重力の影響は無視し、 ボールは水平に飛ぶものとする。 42. 上方から鉛直下向きに落下する物体を考える。 高さんの位置のときの速さが Vi, 高 さんの位置のときの速さが2とする。この図で力学的エネルギーが保存されていることを 説明しなさい。

問12です。答えは「短い」です。 短くなるということは分かりますが、説明してくださいと言われたらどう説明したらいいのか分かりません💦 教えてください！

vs [m/s] 音源 (sound source) の速度 locity) 問11 音源と観測者が同一直線上を同じ向きに進む。 音源が速さ 20m/sで進み, 観測者が音源の前方を速さ10m/sで進むとき, 観測者の聞く音波の振動数 は何 Hz か。音源の振動数をf = 640Hz,音の速さをV=340m/s とする。 考 1 静止している観測者に音源が一定の速さで近づいているとき,音源が一定の 振動数f[Hz]の音を時間t[s] の間だけ出したとする。観測者が音波を観測 する時間は t[s] より長いか短いか。

物理です。 (5)の計算なのですが、どこから10の-4乗が出てきたのですか？

***Exercise ニュートン環 制限時間15分 基本 図1のように、平面ガラスの上に、大きな半径の球面を持つ平凸レンズ) からできているレンズの凸面を下にしてのせ、上から垂直に波長えの単色光をあ 真上から見たとき、図2のように干渉縞が見えた。これをニュートン環という。 ように、 適当な位置を原点としてレンズ中心を通るように軸をとり, 平凸レン 心(m=0とする)から数えて番目の暗環の半径を測って半径を求めるこ える。 空気 R 平凸レンズ、 ガラス板 Tm 図 1 B 原点 A 図 24 -2r9 2 (1) 図1の経路 Aを通った光は経路Bを通った光よりも経路長が2dだけ長い. 経路 光が下面で反射するときには光の位相が反転することを考慮し, 経路 A と経路 B が干渉して暗くなる条件を答えよ. ただし負でない整数m (m = 0, 1, 2, …)を用 よい. (2) 三平方の定理を用いてrm と d, R の関係を求めよ. (3) dがRに比べて非常に小さいことからdを無視することにより,Rをm, i, t 用いて表せ. (4) 図2のように,m+n番目(n = 1, 2, …)の暗環の半径をtとし, X = rmt 88 2-

物理　分散の範囲です 一枚目が問題、二枚目が解答です。 答えはあっていて、解説もなんとなくわかるのですが、解と書いてあるところにある文章の言っている意味がわかりません。（二枚目左ページ下） 赤に比べ、紫に対する屈折率が大きかったら、なぜ二度にわたる屈折における屈折角が小さ... 続きを読む

72 ***Exercise 雨上がりに姿を現した太陽を背にし て空を見ると、色鮮やかな虹が見えるこ とがある. 虹が現れる原理の最も基本的 な部分は、水滴を通過する光の経路に反 射と屈折の法則を適用すれば理解でき る。 簡単のため水滴は球形と仮定する。 図1に示すように、水滴への入射光とそ れに平行で水滴の中心を通る軸XY と の間の距離をとする。 ここでは、この 距離を水滴の半径4で割ったもの a 主虹と副虹の発生 時間20分 4次散乱光 入射光・ 次 一般に観測される1本の明るい虹を主虹 太陽光 X-1. 0 3次乱光 を衝突径数と呼ぶ, したがって, 衝突径数は0からまで変化する。 第2 ① 分 図3に示すように、 虹の外側に の薄い虹が現れることがある。 水の屈 車は光の酸によってわずかに異なり 色の光と比べると、紫色の光に対する 2率は約1%大きい、以下の設問の中で、 数 答えるべきものについては、主虹また 虹の赤色の光について考えればよい。 お、水滴での透過率や反射率の入射角依存性は無視できるものとする。 同じく図1に示すように、水滴の表面では入射光の一部は反射する。この反射光 散乱光と呼ぶ。 残りの光は屈折して水滴中に入射する。 次に衝突する表面でも、 過する部分(2次散乱光)と反射する部分に分かれる。 以下、同様の過程が繰り返され 入射光と散乱光のなす角0は、水滴によってどれだけ光の向きが変えられたかを 散乱角と呼ばれる。 図1には3次散乱光の散乱角と4次散乱光の散乱角が図示 ている。 また、 図2には赤色の光に対する3次散乱光と4次散乱光の散乱角を衝 の関数として示した. 3次散乱光 180 160- 1403 120 散乱角,100円 または 9. (度) 80 60 4次散乱光 40 20 0 0.1 0.2 0.3 [観者 図3 主虹 水滴の上半球から入射し、屈折 反射, 屈折を経て水から出てくる次散乱光が主 虹となる。 以下の設問に答えよ。 図2で衝突径数の変化に対し、散乱角の変化が大きいときと小さいときで、どち らの散乱光の方が明るく見えるか。 理由とともに述べよ。 (2) 設問1(1)の考察より。 主虹を形成する光の散乱角はおおよそいくらか、 (3) 主虹の場合、赤色と紫色でどちらが内側(地上側)に現れるか、理由とともに述べよ。 4次散乱光によって形成される副虹について以下の設問に答えよ。 (1) 太陽光の入射方向と観測者の位置が図3のようで あるとき、入射光が水滴内を通過して観測者の目に届 くまでの光の経路を, 3次散乱光の光経路 (右図) にな らって図示せよ。 (2) 副虹を形成する光の散乱角はおおよそいくらか。 入射光 (3) 副虹に現れる色の順番は主虹の場合と逆になる. そ の理由を図を用いて説明せよ. 3次散乱光の経路 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 衝突径数 la 虹は, 太陽がある高度よりも高くなると観測できない. その理由を説明せよ。 ⅣV 主虹と副虹の間は他の部分に比べ暗く観測される。 その理由を説明せよ。 図 2 73 (3)

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

（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

1番最後の問題文についてです。 「電源電圧の値を0にする」というのは「極板間の電位差を0にする」という認識であっていますか？

9. ばねにつながれたコンデンサー [ 福島大] 図1に示すように, 半径0.10mの金属円板 B を水 平に固定し, その真上にBと同じ金属円板 A を導体 でできた軽いばねと接続して水平に固定した。 このと きばねは自然の長さで,円板間距離は7.0×10-3m であった。Sはスイッチ, Eは直流電源である。金属 円板間の空気の誘電率を lllllll ばね 1 F/mとし,重 金属 円板 4 x 9.0×10 7.0×10-3m 力はないものとして,次の問い[A]~[C] に答えよ。 [A] 円板を固定したままスイッチSを閉じ,電源電 圧の値を2.52 × 103V まで徐々に大きくして,その 後,スイッチを開いた。次の値を求めよ (1) 金属円板 AB間の電気容量 (2) 円板Aに蓄えられる電気量 (3) 円板間に蓄えられる静電エネルギー スイッチひらいている。 [B][A]の状態において,円板間には引力がはたらい ている。いま, 円板 A の固定を解いて、この引力 につりあう力で支えながら円板AをBにゆっくり と近づけていったところ、 図2に示すように円板間 距離が 6.0 × 10-3mになったとき, 引力とばねの力 がつりあった。 円板Aを動かしている間の円板間の 引力が一定であるとして,次の値を求めよ。 (1) 失われた静電エネルギーの大きさ (2)引力が円板にした仕事と失った静電エネルギー の大きさが等しいとして求められる円板間の引力 うう (3) ばねのばね定数 図1 Qは保存される。 B S E 12.82×10 す S 2 E A 6.0×10-3m B 図2 SER RCD= QCDのD20 le [B] の状態から、蓄えられた電荷を放電し、電源電圧の値を0とした。円板 A が静 止した後、電源電圧の値を徐々に大きくしたところ円板AとBの間隔が 5.0×10-m になった。このとき電源電圧の値を求めよ。 ばねのびている 極板の商20 引 Aは上に戻る