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物理 大学生・専門学校生・社会人

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仕事とエネルギー、運動量を用いた物体の運動の解法 【間2] ばねでつながれた二物体の運動の運動量の保存と力学的エネルギーの保存則を用いた運動の解法 (参照:演習問題8の問2) 図のようにまさつのない水平な床の上に自然長が,、ばね定数がkxのばねが置かれている。 その両端に質量 とm。の物体1と2を取り付けた。 物体1に右向きに初速。を与えたところ. の物体は床の上をx軸の正の 方向に運動した。 座標系として、水平方向右向きにx軸、鉛直上向きにy軸をとり、原点を = 0における物体1 の位置にとる。 以下の問いに答えなさい。 (物体1、2の位置、速度、加速度のx成分をそれぞれ、x,(り、xs(り、 Yax(り、pzx(ひ)、qix(り、qzx(ひなど1や2の添え字を使用して表しなさい。 ) (1) この運動において、物体1と物体2の運動量の和は不変である。 その理由を運動量の変化と力積の関係を用いて述べなさい。 (2) この運動において、物体1と物体2の運動エネルギーとばねの弾性エネルギーの和は不変である。 以下の記述がその証明となる。 正しい記述となるように次のカッコ( 1 )から( VI )に入れるべき数や式 を答えなさい。 時刻での物体1と2のx座標x。(。)、x。(ひを用いて、時刻でのはねののびを表すと( 1 )となる。よって、物 体1と2の運動方程式の成分はそれぞれ、m。学e中ニ( Tエ )…①、m se思ニ( 反 )…②となる。 e 次に、①式の両辺と。(O) = 字の各辺との積をとると、次のような等式が得られる。 る map(O演ー( m ) x 左辺はps(O CO (tio人(の )…・@と式変形できる。よっ て(aeO) =(T ) x 名.…④ 同様にして、全(apa⑨)=( mm ) x折品…の ③式と④式の各辺の和をとると、 (tp) ao3() ) =( W )…・⑤ ここで時刻Lでのばねのの びを表す関数をXY(ひとおくと、( IV ) はxi(り、xz(ひの代わりにX(りを用いて、( IV )=( V 和書 くことができる。さらに、のひ式と同様な式変形より、( V )x富= ーikX(O )…⑥となる。 @式と@式より、(imaik(O+3moik(0+3kX2(O ) =( Y )…⑦ 物体1と2は床の上を運動するこ とから、ヵ>(0) = poy() = 0 よって、⑦式のカッコの中は物体1と物体2の運動エネルギーとばねの弾性エネ ルギーの和となっており、それの時刻での微分が( VI )となることから、物体1と物体2の運動エネルギーと ばねの弾性エネルギーの和は不変であるといえる。 (3) ばねの長さがもっとも長くなったとき、物体1と物体2の速度はどのような関係になっているか答えなさい。 (4) ばねの長さの最大値/。。。を求めなさい。 (⑮) 演習問題8の問2の解からも/mxを求め、(4)で求めた値と一致することを確認しなさい。

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運動方程式とラグランジュ方程式が一致するのを確認する問題です。両方出してみましたが、一部の項が一致しません。教えてください。自分の解いた紙も載せました。

2 0 1 9年度大学堂 (一和< 入学 分! 2のォ 問題2 較2-1に示すように 近和の2つのもりが。 長きんのくつの剛体サンクからなる 内の平和に よって, 人*電に対し対に本要されている。 サンクは関各(O。んBC) において下を自由 に四財でするが。較〇の位加は玉に 隊和Bの侍還は*電上に拘宮されているまた,較委Oと剛和 は ばお 自人の殺ばねが取りけられている このが 訂とともに・ 昌まわりに一の角度 e で回人るとを。 次の較に邊えよ 以下おもりを関節人 でに身中した損 よして負い。 その他の人半ばね。リンク) の上3およびに伴う意拉は押補できるものと る. また.関節の和男はり< <スルとし。リンク 0A の隊邊0 まわりの朋攻を 宣の大 ききをのとする 0) サンクタ ABに信幸カを とするとき、和Bにおけるカのつりあいの人を示せただし。夫の は3引導を正とする (9) サンク AB に但く替カを 太。サング OA に信く直カを 記するとを方向および<方向のおも り の軍手式を求のよ、ただし。替カは引技を正する (6) 剛 (2) の生から な を清二することにより平内の0に隊する系の宣式を 生け (<) 9を一人大として。 系の宣テネルギーを※めよ (56) 9を一全休として系のポケンシャルエネルギーを求めよ (6) 因 (4). (5) の才条から に関するの玉式を沙き。剛(3) の計入一邊するこ ee (aa Yet omaを ag を を の殺人を示せ 還 (7) でポめた下着まわりでおも当るとを。 その了有拓和を wu を 用いてきせ Ge

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電磁気がさっぱりです。 例えばガウスの法則に出てくるn(r)とか定義はわかってもどうやって式に落とし込むのかなどが分かりません。 [1]~[3]について一つ一つ教えて欲しいです。 よろしくお願いしますm(_ _)m

電 ij<) と電位 Cm) について、次の問いに等えよ 0 = びる のとき、ずx太0 となることを示せ。 / geoe-/ ダー eyの とすると、-9@ =記となることを示 これは頃分 / お = (E+ 太あ+ お) で策 義和 0 としたものである 6 還 ) =4 (ors asデキ2) (= (か) 4オチ0 は症数 ) が電荷のない Gaums の 時 満なしの波則を満たすように定数 c,4。c の値を定めよ。又、この電電を絢積分し、原点が基準の 居 1) を示めた ye の<g=6のとき、 Gy (が度 /() = 氏 (は電科密度の決元を持つ定数 較 中心還が 軸で半任の無限長円往内に1 記= ソ記本訪 は内からの下苑 ) で電対に分布している。次の問いに答えよ。 (0) 一概に、電位が内からの下訣だけに依る(8) となる) とき、Y%(の) となることを示せ。 (円革内 (到q ) の Polseon 方程示を解いて、 電位 @。() の一般解を求めよ (9) 時外 (> g ) の Polsson 誤式を角いて、電位 ゅwi(パ) の一般解を求めよ。 (帳面 (= ) が電位 (7) の基準、9() が中心軸 (表ー0 ) で有界、ず(R) が円柱表面で 傍重として、(2). (3) の 4 個の積分定数を特定し、 円柱内外の電位 @ (7.@we(f) を求めよ 1d EMIの0) df ] (5 (9 の電位の急配から、 円柱内外の電場 (7), 戸。x(7) を求めよ。 デニ(ァ,かる) である< 団 約で一人な磁東度 お= (g。,。有。) 中の鐘唱線『() = (z(0,9).0) (図の電送の向きが 4 の増加の向き で交差しないとする) を 滞る証芝介渡 7 に作用するカのモーメント ) について、次の問いに答え yu| お '、z(り, (9 は の" 級の関数で、z(ね) = z(ち), M(ね) = M(a) とす 1 る (上線なので)。又、記人ょ= 補っ= 空 を使ってよい るーー 29 キ | (0 ペクトルの外積と面本の関係を使い、閉曲線内の面積が 9 = = (5 放) できえ5れるこ とを示せ。 いい (1 開箇約の微小反線ペクトル dr を求めよ。 (?) 役小接線ペクトルに作用する Ampere の力 dが を求めよ。 (3) dF による原点まわりの力のモーメント dV を求めよ。 (9 (@) の緒果を? で積分 (n く1くね ) してカのモーメント を求めよ。 (⑮⑲) ず = (0.0.8) (3 は義直線内の面積) とすると、 =79 x 月 となることを確認せよ。 注 (0) は解答する必要はないが、正管すれば追加の評価をする。又、(5) の計算に利用してよい。

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