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物理 大学生・専門学校生・社会人

問2の(3)(4)を教えてください

問2. ばね定数 k [N /m] (k > 0) の軽いばねがある。なめらかな水平面上でこ 自然長 のばねの左端を固定し、右端に質量 m kg] の物体を取り付けた。次に、 手で mm 物体を引っ張ってばねを自然長より cm 伸ばしてから静かに手を放した。図 0 に定義された座標軸に基づいて、その後の物体の運動について、以下の間に答 えよ。ただし,時刻 ts]での物体の位置を (t) [m] とし、ばねが自然長のときの物体の位置を原点とする。 (1) Find the restoring force F, [N] that the spring tries to return when the object is displaced by z m from its natural length. (2 points) d'z as its acceleration. dt? (2 points) (2) Find the equation of motion of the object, using the notation of (3) Find the general solution of the equation of motion of the object. (3 points) (4) Find the solution that meets the initial conditions described in the problem. Here, the moment when the hand is released is set as time t==0s. (3 points) 問3.問2では摩擦などの抵抗力がない理想的な単振動を扱ったが、実際には抵抗力が存在する。 抵抗力は速度 dt に比例することが多く、この比例定数をc[N.s/m] (c> 0) とおくと、 運動方程式は教科書 P.66 の(2.40)式として表 される。この方程式の一般解は、 教科書 P.52に示す「定数係数の2階線形同次微分方程式の一般解」として表され、 教科書 P.66 の下段3行に示すような解 a) c)となる。これらの解の導出課程を、 以下の手順に従って示せ。 d。 da. (1)(2.40)式 m = ーkc - c dt? の右辺において、c dt の項の符号がマイナスである理由を考察せよ。 dt (2点)

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問2. ばね定数 k [N /m] (k > 0) の軽いばねがある。なめらかな水平面上でこ 自然長 のばねの左端を固定し、右端に質量 m kg] の物体を取り付けた。次に、 手で mm 物体を引っ張ってばねを自然長より cm 伸ばしてから静かに手を放した。図 0 に定義された座標軸に基づいて、その後の物体の運動について、以下の間に答 えよ。ただし,時刻 ts]での物体の位置を (t) [m] とし、ばねが自然長のときの物体の位置を原点とする。 (1) Find the restoring force F, [N] that the spring tries to return when the object is displaced by z m from its natural length. (2 points) d'z as its acceleration. dt? (2 points) (2) Find the equation of motion of the object, using the notation of (3) Find the general solution of the equation of motion of the object. (3 points) (4) Find the solution that meets the initial conditions described in the problem. Here, the moment when the hand is released is set as time t==0s. (3 points) 問3.問2では摩擦などの抵抗力がない理想的な単振動を扱ったが、実際には抵抗力が存在する。 抵抗力は速度 dt に比例することが多く、この比例定数をc[N.s/m] (c> 0) とおくと、 運動方程式は教科書 P.66 の(2.40)式として表 される。この方程式の一般解は、 教科書 P.52に示す「定数係数の2階線形同次微分方程式の一般解」として表され、 教科書 P.66 の下段3行に示すような解 a) c)となる。これらの解の導出課程を、 以下の手順に従って示せ。 d。 da. (1)(2.40)式 m = ーkc - c dt? の右辺において、c dt の項の符号がマイナスである理由を考察せよ。 dt (2点)

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こちらの1-2を解いていただけないでしょうか

|R1-1:重力下のバネ 四図1 のように, ばね定数たをもつ自然長/ の軽いばねを天井からつり下げ, 質必太 を もつ小球を取り付けた, | 陳力加連度の大きさを り とする (⑪) 天非を原点とする2つの護標系 ヵ, z について, 運動方机式をそれぞれ求めよ ⑫) 静此状態のとき小球の庫標 zo、so を求めよ. ⑬) 運動方穏式を解き, 小球の振動の周期を求めよ R1-2:つりおるし 図2 のように、軽い滑車にかけた凡に荷物をつり下げ, 綱の両端を引っ張る. 消車間の距離を /. それらの中忌 につり下げた荷物の質量を 訪、網と水平のなす角を 9 とする. 重力加速度の大ききを 7とす (1) 静此状態のとき,綱の張力7 を求めよ (2) 集物がないときの綱の位置からの荷物の距離を * とするふと0のの関係式を求めよ ⑬) 荷物が備かに動き, 振動を始めた. 静止状態で綱と水平のなす角を のの.そこからの微小なずれを の(|の| を |陶) 綱と水平のなす角をの=の二の とする. 荷物の運動方租式. 微小振動の周期を求めょ ラ る ーーーーーー んーーーーー R計 の Fig.1 二力ドドのバネ eo 角敵数 in の.cosのの7 = 0の周りの Taylor 大則は ) 1 っい (rjが ! , gin7 m の の の ーの90 1 加 「 2 誠+ ⑪ 1 1 (=DR 。。 coeのml の+ ーーの - 2 3 2 | と {31 (②) 内 とをる2 が二分小さい |の| を 1 のときm 大きくなるにつれで,940T1 の40 はどんどん小きてなる、 このことから、高次め項 (w@ 赤きな項) を大肌に無究して, ainの > 7.com0 < 1と近似する (問題文の記号と合わせればJainの のcowの 1としで解ゆ、 3 | と6 はの に比べ大いため, sin 6,com 負け近似できない.). り吉細を根み角を知りたいまきajnの0-の/lcow0 1ー 3/2| と商次の頂を取り入れるこまで科人の博度を トげるき お4きき チ 守

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|R1-1:重力下のバネ 四図1 のように, ばね定数たをもつ自然長/ の軽いばねを天井からつり下げ, 質必太 を もつ小球を取り付けた, | 陳力加連度の大きさを り とする (⑪) 天非を原点とする2つの護標系 ヵ, z について, 運動方机式をそれぞれ求めよ ⑫) 静此状態のとき小球の庫標 zo、so を求めよ. ⑬) 運動方穏式を解き, 小球の振動の周期を求めよ R1-2:つりおるし 図2 のように、軽い滑車にかけた凡に荷物をつり下げ, 綱の両端を引っ張る. 消車間の距離を /. それらの中忌 につり下げた荷物の質量を 訪、網と水平のなす角を 9 とする. 重力加速度の大ききを 7とす (1) 静此状態のとき,綱の張力7 を求めよ (2) 集物がないときの綱の位置からの荷物の距離を * とするふと0のの関係式を求めよ ⑬) 荷物が備かに動き, 振動を始めた. 静止状態で綱と水平のなす角を のの.そこからの微小なずれを の(|の| を |陶) 綱と水平のなす角をの=の二の とする. 荷物の運動方租式. 微小振動の周期を求めょ ラ る ーーーーーー んーーーーー R計 の Fig.1 二力ドドのバネ eo 角敵数 in の.cosのの7 = 0の周りの Taylor 大則は ) 1 っい (rjが ! , gin7 m の の の ーの90 1 加 「 2 誠+ ⑪ 1 1 (=DR 。。 coeのml の+ ーーの - 2 3 2 | と {31 (②) 内 とをる2 が二分小さい |の| を 1 のときm 大きくなるにつれで,940T1 の40 はどんどん小きてなる、 このことから、高次め項 (w@ 赤きな項) を大肌に無究して, ainの > 7.com0 < 1と近似する (問題文の記号と合わせればJainの のcowの 1としで解ゆ、 3 | と6 はの に比べ大いため, sin 6,com 負け近似できない.). り吉細を根み角を知りたいまきajnの0-の/lcow0 1ー 3/2| と商次の頂を取り入れるこまで科人の博度を トげるき お4きき チ 守

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