大学古典力学の2質点系の問題です。 この問題の（II）で重心Gに対する相対位置ベクトルとして、解答下線部のようにおいていますが、何故こうなるのですか？分かる方がいましたら教えて下さい。

演習問題 96 2質点系の運動 (I) 右図のように xyz 座標をとる。 長さ 3r の質量の無視できる棒の両端に,それ ぞれ質量 2mmの質点を取り付けたも のが、その重心Gのまわりを一定の角 速度で回転している。 重力はy軸の負voy = の向きに働くものとし、この2質点系の y4 2m cart ro Wo m Vo. vosino- Pox VoCose ス 重心Gを, 原点から、時刻 t = 0 のときに 仰角6 (0<</2)初速度 Do = [Vox, Voy, 0]. (vo=||vo||) で投げ上げるものとする。 このとき、この回転しながら運動する 2質点系について、時刻におけ る (i) 全運動量P, (ii) 全運動エネルギーK, () 全角運動量Lを 求めよ。 また, (iv) この2質点系の位置エネルギーを求め、力学的 ネルギーが保存されることを示せ。 ただし, 2質点系の回転はxy 平面 内で起こるものとし、 空気抵抗は無視する。 ヒント! (i) 全運動量P=PG, (ii) 全運動エネルギーK=KG+K', (i) 全角運動量L=Lc+L' の公式通りに求める。 (iv) 位置エネルギーの基 準を zx平面にとる。 解答&解説 P=Pc=3mUG (ii) 2質 K = (KG ここ KG= 質量 重心 K質重Gがで対 G が, で 対 Vol (速 V01 G Toz こ Vo さ V02 -v=jo =[var-gt+v 以 G (3m) (i) 2質点系の全運動量Pは,全質量 3m が集中したと考えたときの重心Gの運動 量 Pc に等しい。 重心Gには,重力に よる加速度g = [0,-g, 0] が生じるので, その速度UGx成分は, Per PacOS (一定成分は, Voy = - gt+ vosino となる。 t = 0 のとき Poy= Posin より ∴Uc=rc=[vocose, -gt + vasin0, 0] ……① より, P=Pc=3mUc=3m [vocoso, gt + vesin 0, 0] となる。 K 162

（1）です。変形の違いなだけで、写真3枚目の解答でも正解になりますか？

170 ばねによる円錐振り子■ 図のように,固 定された点Pから鉛直に下ろした線と. なめらかな 水平面Sとの交点を0とする。 OPの長さはLであ る。このとき自然の長さL, ばね定数んの軽いばね の一端をPに固定し,他端に質量mの小球を取り つける。 小球が点0を中心として, 水平面上を速さ m 0 S 等速円運動するとき, ばねとOP とのなす角が0である。 重力加速度の大きさをgと する。 (1) 小球にはたらくばねの弾性力の大きさFを, k, L, 0 を用いて表せ。 (2) 小球にはたらく力は鉛直方向につりあっている。このことから, 水平面が小球に及 ぼす垂直抗力の大きさをNとすると, Fcos ア となる。 一方, 小球は水平面 上を等速円運動しているので,その運動方程式はイ=Fsin0 となる。 空欄を 埋めよ。

（2）はこのようなやり方でも合ってるんでしょうか？？教えてください

例題 解説動画 基本例題29 円錐振り子 図のように、長さLの糸の一端を固定し, 他端に質量m のおもりをつけて, 水平面内で等速円運動をさせた。糸と 鉛直方向とのなす角を0, 重力加速度の大きさをg として, 次の各問に答えよ。 出した。 X(1) おもりが受ける糸の張力の大きさはいくらか。 (2)円運動の角速度と周期は,それぞれいくらか。 指針 地上で静止した観測者には, おもり は重力と糸の張力を受け, これらの合力を向心力 として,水平面内で等速円運動をするように見え る。この場合の向心力は糸の張力の水平成分であ る。 (1)では,鉛直方向の力のつりあいの式, (2) では,円の中心方向 (半径方向) の運動方程式を立 てる。なお,円運動の半径はLsin0 である。 解説 (1) 糸の張力の大き 基本問題 210 211 212 .00S 00 TH g m m(Lsin0) w²=mg tane w= L cose 2 Lcose =2π w 周期Tは,T= 第Ⅱ章 力学Ⅱ 別解 (2) お (2) おもりとともに 0 さをSとすると, 鉛 直方向の力のつりあ いから, Scoso S 円運動をする観測者 には、Sの水平成 と遠心力がつりあっ てみえる。 力のつり あいの式を立てると L m (L sine) w² 0 Scoso-mg=0 S=mg SsinO mg cose (2) 糸の張力の水平成分 Ssin0=mgtan0 が向 心力となる。 運動方程式 「mrw²=F」 から, Ssin0=mgtan (2)の運動方程式と同じ結果が得られる。 m(L sine) w²-mgtan0=0 Point 向心力は、重力や摩擦力のような力の 種類を表す名称でなく,円運動を生じさせる原 因となる力の総称で、常に円の中心を向く。 mg

作用・反作用について。 写真の(2)(C)地球がりんごから受ける力 というのがイマイチピンときません。 なぜ、作用点が地球の中心なのですか？ また、垂直抗力とは別ですか？ どなたか教えてくださいm(_ _)m

(2) (a) F 地球 F2 りんご 手 Fi (b) りんごが地球から受ける力 (c) 地球がりんごから受ける力

セの問題なんですけど周期の表し方がわからなくてなんでT＝2π/ωとT＝2π√m/kの２つがあるんですか 円運動の時は前者で表して単振動の時は後者で表すかなと思っていたんですけどこの問題単振動なのに前者で表していてわかりません教えてください 定数が問題文に書いてある時は後者を... 続きを読む

坐 71 等速円運動と単振動 次のに適当な式または語句を入れよ。 P1 ① Q P 0を中心とする半径Aの円周上を等速円運動している 物体Pがx軸上に投影された運動をアという。 時 刻 t=0のとき. Pが図のP。 から角速度で等速円運 動を始めるとき,時間の回転角∠POP。 はイで あり,Pの速度は円の接線方向で大きさはウ 加速 度は円の中心向きに大きさ である。 Qの運動はPの運動をx軸上に投影したものであるか Qの時刻における変位 x, 速度v, 加速度 αは次 のように表すことができる。 x=オ 1= カ a= = =ク x 0.5 (1) ねりをい (4) I Po 7 な か Q P2 と したがって、Qの速さが最大なのは図の点ケであり(最大値はコ) 加速度の大 きさが最大なのは図の点 である(最大値はシ)。また,Qの振幅はス FR MARCON 周期はセと表される。 #

5行目でtの近似が2.54×10³となっているのですが、計算したら2.545･･･×10³となりました。回答は切り捨てて考えたのでしょうか??それともミスでしょうか??

解答 √gR, 425 考え方 ? 解説 物体にはたらく重力が向心力となって円運動しており,運動方程式をつくること で,速さなどを求めることができる。 物体の速さをとして,運動方程式をつくると, 2 V m = mg R これより, v = √gR (1) (2\m) 地球の半円周は TRであるので, 半周するのに要する時間 t [s] は, TR R 6.4 x 10 6 8.0 × 103 t= =π = : 3.14 × = = 3.14 × ≒ 2.54 × 10's g 9.8 7.0/2 よって, 単位を〔分〕 に直すと, 2.54 × 103 t ≒42分 60

この問題で、なぜ張力は小球に仕事をしないとわかるのですか？

図のように,点○から鉛直につるした長さの軽い糸に質量mの小球を取り付ける。 最下点で小球に水平方向に初速度を与え、糸がたるまないように鉛直面内で運動さ せる。ただし,糸と鉛直線のなす角を0. 重力加速度の大きさをgとする。 0 Vo 最下点で小球に与えた初速度の大きさをv=√5gl とすると, 糸がたるまずに小 球は一方向に円運動をし続けた。らか、正しいものを、次 のうちから

物理の等速円運動の問題です。(1)の滑りながら等速円運動を始めた。と(2)のすべることなく、等速円運動を始めた。の違いがわかりません。 どんな現象が起こっているのですか。　 また、「すべることなく等速円運動を始めた＝垂直抗力がゼロ」というのもなぜ＝になるのかがわかりません。... 続きを読む

59 円錐容器の側面での等速円運動 図のように,底面と側 面とのなす角度が0の円錐を水平面に置き、 円錐の頂点に長さ の糸の一端を結び, 糸のもう一端に質量mの小さな物体を固定す る。側面と物体の間にはたらく摩擦力はないものとし,重力加速 度の大きさをgとする。 (1) 物体に速度を与えたところ, 物体は側面上をすべりながら角 物体 速度ωで等速円運動を始めた。 物体とともに運動する観測者から見るとき, 物体に はたらく遠心力の大きさ F, 糸が物体を引く力の大きさS, および側面が物体に及ぼ す垂直抗力の大きさNを求めよ。 (2) 角速度を徐々に大きくしていったところ, 物体は側面上をすべることなく, 等速円運 動を始めた。 このときの円運動の周期Tを求めよ。 例題 13,64,65,69

屈折率の変化は位相の変化に影響するけど、屈折では変化しないってどういうことですか？🤔

1.30-0.50 0.80 1.00-0.50 0.50-1.6 なお,各式を利用して数値計算すると, "=4.9m/s, ex=0.80, en=0.50 と求めることができる。 問5 順次、 検討する。 5 の答 ⑥ ①:光の速さはどんな媒質中よりも真空中が一番大きい(連 い)。 よって、 ①は正しい。 ②: 凸レンズの焦点距離を凸レンズと物体の距離をと し、実像の位置を作図する。 物体 焦点 a-f 凸レンズ 焦点 光軸・ 実像 この図より, a-ff, すなわち α>2f のとき, 物体より実 像の方が小さい。 よって, ②は誤っている。 ③:光の位相は反射で変化する場合があるが, 屈折で変化する ことはない。 よって, ③は正しい。 ④:光は,電場と磁場が進行方向に対して垂直に振動する波な ので横波である。 横波なので、一つの方向にだけ振動する偏光を つくることができる。 よって、④は正しい。 ⑤:光の分散は, 波長によって屈折率がわずかに異なることに よって生じる現象である。 雨上がりに虹が見えるのは、空中の水 滴によって光が屈折するときに分散が起こるからである。 よっ て, ⑤は正しい。 ⑥ : 可視光線は波長が短い順に, 紫色光, 青色光, ..., 橙色光, 赤色光となっている。 よって, ⑥は正しい。 2問 円運動 6 の答② 口

（1）です。解答は水平方向で、T=mlω^2が答えになっていますが、問題に水平方向とか鉛直方向と言う記述がないので、鉛直方向で考えて、T=mg/cosθでも解答としてはあっていますか？それとも、解にcosθが含まれているので不適切ですか？わからないので教えていただきたいです。

[例題 40 長さの糸の先端に質量mのおも りをつけ、なめらかな水平面上で,角 速度の等速円運動をさせた。 糸が 鉛直線となす角を9, 重力加速度の大 きさをg とする。 解 (1) 糸の張力Tはいくらか。 (2) おもりが水平面から受ける垂直抗力の大きさはいくらかか m (3) 角速度をしだいに大きくしていくと,やがておもりは水平面か ら離れる。このときの角速度 W はいくらか。 (1) 右図で, Nは垂直抗力, fは遺心力である。 f=mxlsin0xw 水平方向の力のつり合い式は mlw'sin - Tsino ふT=mlwa N T Isinė mg (2) 鉛直方向の力のつり合い式は N+ Tcos = mg .N=mg-Tcost=m(g-lw'cost) (3) N 0 のとき,おもりは水平面から離れる。 ポイント m(g-lwcost)=0 Wy**** Icos 物体が面から離れる垂直抗力がゼロ 物体が等速円運動するとき、円の中心に向かう力を見 けだして、半径方向の力のつり合い式をつくる。 (中心に向かう力) (遠心力)