力学の問題です。三次元座標に入ってから意味がわからなくてこの問題も正解がわかりません。答えも配られないので誰かわかる方解説お願いします🙇

問題 3次元中の振り子の運動を考える (図1). ひもの端点を原点Oに固定し, 他端におもりを 取り付ける. 図2のように動径r と偏角を用いた3次元極座標系を導入すると, 直交座標 (x,y,z)はそれぞれ, 極座標 (r,,) をもちいて x=rsincos y=rsin sin o, z=rcose で与えられる.このとき, 加速度ベクトルは極座標系において 〒= (i-ru2-ro2 sin'yer + (ri + 2ry - rj2 sincosy) e + (rΦsiny + 2rΦsiny+2rupcosy) e (1) (2) で与えられる. おもりの質量をm, ひもの長さを1, 重力加速度をg, ひもの張力をSとする. 運動中, ひもがたわむことはなかった. 以下の問いに答えよ. 1. おもりは重力とひもの張力を受けて運動する. おもりが満たす運動方程式を3次元極座 標で書け. 2.A = sin2 なる量を考える. この運動においてAが保存する (つまり時間変化しない) ことを運動方程式の成分から示せ. 導出の過程も記すこと. 図1 X 0=Q X OP=r P ・P P 図2

物理の作図での疑問です！ この問題はおもりを皿に乗せているので垂直抗力も考えると思ったのですが、回答を見ると考慮してませんでした！なぜ考えないのでしょうか、、？

必修 基礎問 7 運動方程式 I 図1のように, 水平な台の上に質量 M の 木片を置き, 台の端に取り付けた滑車を通 して, 伸び縮みしない軽いひもで皿と結び, 皿の上に質量mのおもりをのせる。 重力 加速度の大きさをgとして, 以下の問いに 答えよ。 ただし, 滑車はなめらかに回転し、 滑車と皿の質量は無視できるものとする。 木片 I. 木片と台の間に摩擦がない場合の運動を考えよう。 (1) 木片の加速度の大きさを求めよ。 (2) ひもの張力の大きさを求めよ。 Ⅱ. 実際には, 木片と台の間には摩擦がある。 静止摩擦係数μと動摩擦係数μ'を求める ため, おもりの質量m をいろいろと変え て木片の運動を調べ, 次の結果を得た。 (a) m≦m では, 木片は運動しなかった。 (b)m>m では, 木片は等加速度運動を した。 (c)と加速度の大きさαの関係をグラ フにすると, 図2のようになった。 (3) 木片と台の間の静止摩擦係数μ を求めよ。 木片の加速度の大きさ az 着眼点 座標軸は、加速度の方向とそれに垂直な方向にとるとよい。 物理基礎 ■ Point 6 運動を分解して 「静止または等速度運動 力のつりあいの式 加速度運動 運動方程式 おもり 図 1 ●動摩擦力 固定面上の物体では, 運動の向きと逆向きに働く。 その大きさF は,F=μ'N (μ'動摩擦係数, N: 垂直抗力の大きさ) ●着眼点 1.定滑車を介して糸でつながれた物体 の加速度の大きさは等しい。 (右図 4 は微 小時間 4t における物体の変位の大きさ。) 1F)を加えて 木 2. 軽い (質量を無視できる) 糸の張力の大きさ はすべての部分で等しい。 Ax | Ax=a (At) = 解説 I. (1), (2) 木片とおもりの加速度の大きさをαとし, ひもの張力の 大きさをTとすると, 木片とおもりの運動方程式は, 木片: Ma=T おもり:ma=mg-T ......① a A ② (大阪) N T m Mmg_ 0 m₁ m2 m M+m おもりの質量 図2 Mg T mg a (4)m=mz(>mi) のとき, 木片の加速度の大きさはα2 だった。 木片と 台の間の動摩擦係数μ' を求めよ。 ale (センター試験改) ●運動の第2法則 物体の加速度は物体に働く合力に比 例し、物体の質量m に反比例する。 運動方程式: ma = (=F+F2..., F, F, ・・・: 物体に働く力) 運動方程式の立て方 (i) 着目物体を決め、 働く力をすべてかく。 (ii) 直交座標を決めて、各方向での運動を知る (運動を分解する)。 (各座標軸について, 運動の法則を適用する。 ①,②式より,a=M+mg, T= II. (3)m=m のとき, 木片とおもりは動き 出す直前である。 よって, 木片に働く垂直抗 力の大きさをNとすると, 木片には最大摩擦 力μNが働き, 静止している。 ひもの張力の 大きさを T1 とすると, 力のつりあいより [N=Mg 木片: |Ti=UN おもり: Ti = mig ③~⑤式より, μMg=mg ......③ ......④ ....... 5 mi よって、 μ= M Sinto (4) ひもの張力の大きさを T2 とすると, 木片とおもりの運動方程式は, 木片: Maz=T2-μ'Mg .......⑥ おもり: m2d2=m2g-T2 ......⑦ m2g-(M+m2)a2 ⑥ ⑦ 式より (M+m2) a2=m2g-μ'Mg よって、μ'= Mg m (1) g (2) M+m Mmg_ M+m mi (3)μ M (4) μ' m2g-(M+m2)az Mg 18 2. 運動の法則 19

明日テストなのですが、模範解答を配られておらず、演習問題の答えがわかりません。あまり時間がなくて、分かる方解いていただけるとありがたいです🙇🏻‍♀️大問4.5だけで大丈夫です。

問題 動径rと偏角中を用いた3次元極座標系を考える(図1, 2). 以下の問いに答えよ. 1. 解答用紙に図2と同様の図を描き (図が混雑するので O, P, Qなどは書く必要はありませ ん),直交座標系の単位ベクトル已eyes および極座標系の単位ベクトル, き入れよ. 2. 直交座標 (x, y, z) を極座標 (r,,) を用いて表せ. を描 3. Cr, eゅをそれぞれ,y,z, を用いて表せ. また, dx, eyez をそれぞれ,,,中、ゆ を用いて表せ. 導出の過程も記すこと. 4. ベクトル量Āを直交座標系で A = Azer+ Ayey+ Azez, 極座標系で A = Arer+Apeo+ Awes と表す.このとき, Ar, Ap, Ay をそれぞれ Ar, Ay, Az,中, を用いて表せ. 導出の過程も記 すこと. 5. 前問で得られた結果において A が位置ベクトルであると仮定し(つまり Az = x, Ay = y, Az=z を代入して), 3次元極座標系において位置ベクトルが= rē, と表されること を証明せよ. ZA P y NK P=Q OP = r X 図 1 図2

丸で囲った部分はどこから出てきたんですか？

例題 2.2 2次元極座標系では、 図2.10のように直線 OP 方向を方向,それに垂直な方向を 0 方向と呼 び,それぞれの方向の単位ベクトル er, ee を基 本ベクトルにとる。 これらの基本ベクトルはP の位置が変わると方向が変わるため時間的に変動 2次元極座標と円運動 [9] 方向 y ee P 方向 er To O ・T する. (1)ere の時間変化について der de dee do ee, dt dt dt er == dt (2.33) 図 2.10 が成り立つことを示せ. (2) 等速でない円運動の場合について,質点P の加速度αの成分および 0成分を求めよ. 笑 合 (1) 2つの極座標基本ベクトルを直交座標基本ベクトルを用いて表すと er= cosQi+ sin Oj ee = - sin0i+ cos0j dt したがって der de do (-sin 0 i + cos 0 j) = = -ee dt dt dee de de dt となり (233) が導かれる. at(coshi+sinoj) = -er dt r = rer である. 円運動の場合は (2)2次元極座標での位置ベクトルの表示は r dr/dt=0であるから, 速度ベクトル, 加速度ベクトルは極座標成分で表すと dr der de となる. 2= =r =r dt dt eer dt dv do dea a² 0 a= =r T dt dt dt dt2 2 do d² ==r er+r. dt dt2 ee

285番の解答の赤線部について、点Hの極座標が(1,π/3)というところからなぜ突然極方程式が求められるのかがわかりません。どのような過程があるのでしょうか

B問題 285 (1) * 点A(2,0)を通り, 始線とのなす角が 5 極座標に関して,次の直線の極方程式を求めよ。 (4) ①をx2+y2-4x=0 に代入すると recos20 +12sin204rcos0=0 すなわち よって (cos20 + sin20)-4rcos0= 0 rr-4cos0)=0 したがって r = 0 または r=4cose = 0 は極を表す。 また, r=4cose は極座標が (20) である点を中心とし, 半径2の円を表 す。 これは極を通る。 よって, 求める極方程式は r=4cose 別解 (4) 方程式を変形すると (x−2)2+y2=4 この方程式が表す円の半径は2で,中心の極座 標は (2,0)である。 よって, 求める極方程式は r=4cos0 283 曲線上の点P(r, 0) の直交座標を(x, y) とす ると rcos0=x, rsin0=y, r2=x2+y2 ...... (1) 極方程式v=cos0+sin0 の両辺にrを掛け ると r2=rcos0+sin 0 ) すなわち re=rcos0+rsin0 これに.① を代入して1, 0 を消去すると x2+y2=x+y x2+y²-x-y=0 よって 参考 +nz 曲線r= cos0 + sin0は極 (01/27) (nは整数) を通るから, y = cos0+sin の両辺 にを掛けても同値である。 (2) cos20 = cos20 sin' 0 から y2(cos20-sin20)=-1 すなわち (rcos0)-(rsin0)=-1 これに ① を代入して, 0 を消去すると x²-y²=-1 ↑ の直線 したがって 4(x2+y^2)=x2+6x+9 284 放物線上の点P の極座標を(r, 0) と し, Pから準線ℓに 下ろした垂線を PH とすると Y= 285 (1) 極0からこの 直線に下ろした垂線を OH とする。 右の図か ∠AOH= 3x²+4y²-6x-9=0 OP= PH ここで, OP=r, PH=3-rcos であるから r=3-rcos 8 よって, 求める放物線の極方程式は 3 1+ cos 20 2 IC 3 TC 6 解答編 = O 0 (2) 極0からこの直線に 下ろした垂線を OH, 直線と始線の交点を P OH-OAcos-2.1/28-1 =1 よって, 点Hの極座標は 1, したがって、求める極方程式は rcos (0-3)=1 B(1.4) H A l -69 X

⑴⑵ではOA’やOB’でおいているのに⑶でODやOEでおくのはなぜですか？

m+n の方程式は 08+14) MAA OTH ARE A)-(18+1A) =45) 9 JORDJ y-bを作るために を加減する。 中 式にx=x= 5. 1P 1090 C1.39| (x-1)×6+(y-5)× これを整理して 3x+2y-13=0 △OAB に対し, OP=sOA+tOB (s,tは実数) とする. s, tが次の条件を満たすとき, 点Pの動く範囲を求めよ. (1) s+t=2, s≧0, 20 (4) s-3t=2, s≧0, t≧0 (1) s+t=212. s20.1≧0より、 2' 2s+2t=1, 2s≧0, 2t≧0 これより、 OP = sOA+tOB=2s・ 25. (1/20A) +2t. ・ (12/08) B ここで,s′ = 2s, t=2t とすると, ①より, s'+f' = 1,s′0, t′≧0 B' また、直線 OA, OB 上にそれぞれ, OA=1/2OA OB'=1/2OB となる点A', B'をとると, (2) 2s+3t=2 (2) 2s+3t=2より, これより, s+2 t=1 となる点B'をとると. 0 OP = s'OA'+fOB' (s' +f' = 1,s′≧0, t'≧0) よって, 点Pは,線分 A'B'上を動く. ここで,f=2t とすると. ②より, s+f=1 また、直線OB 上に OB=242 OB ② # OP=sOA+tOB=SOA+2+ (OB) BO B A OP=sOA+f'OB (s+f=1) よって, 点Pは,直線AB′ 上を動く. B' (3) 2s +3t≦1, s≧0, t≧0 AO a AM JEN [s' +t=1 の形に変形する。 96 33+A DADA GP02 直交座標と比較してみよう. +AOYA90 21480 A0 NA \12 0 2 s+f=1の形に変形する. fal AOS-AD HANGS > HO AU YA x 【直交座標と比較してみよう. 3

芝浦工業大学2021年度数学の問題です。写真の黒で囲った部分の意味がわかりません。なぜ急に4(x^2+y^2)+4を加えるのですか？

に適する解答を所定の解答欄に記入せよ。 3. 次の Mi 座標平面において,直交座標(x,y) に関する方程式(x2+y^2=4(x²-ye) で表される曲線をCとする。 直交座標の原点Oを極,x軸の正の部分を始線とする 極座標(r, 0) に関して, 曲線Cの極方程式は定数kを用いて,24cos(ke) と表される。このとき,k (ア) である。さらに, α は正の定数とし, 2点 A,Bの直交座標を,それぞれ (-α,0), (a,0)とする。C上の点Pと2点 = A,Bとの距離の積 PA･PBが常に一定の値であるとき, a = (イ) PA･PB = (13) である。また, 点PがC上を動くとき, 点Pの直交座標を (x,y)とすると,y2 の最大値は, (エ) である。 y2 が最大値をとるときの 点Pの極座標を(r, 0) とすると, re= (オ) である。 "

この問題がわかりません 解き方を教えてほしいです！ この答えは2枚目の写真です。

2 電流が磁場から受ける力 図のように,真空中にある直交座標軸のz軸上に無限 に長い導線があり,軸の正の向きに電流 I [A]が流 れている。 また, y 座標面に1辺の長さ 1 [m]の正方 形のコイル ABCD があり, 図の向きに電流 I [A]が流 れている。ABCD の辺CDはy軸上にあり,辺 AD と 軸との距離は [m] である。 I がコイル ABCD の全 体に及ぼす力の大きさ F[N]と向きを求めよ。 ただし, 真空の透磁率 μo [N/A2], 円周率をπとする。 20 Z A. D I2 C y

直交座標系を球座標に変換する問題です。 1枚目写真の様に計算したのですが、2枚目解答と答えが合いません。 間違った箇所の修正をしていただけるとありがたいです。 また、解凍のファイの値が4．19から−2.10になっているのもどう計算すればいいのかわかりません 解説よろしくお... 続きを読む

(3) (-1,-1,-1) z=1+3+1 8 tan 1371 =2 2 = tan - 13 } = // 1 ; (√5, 1.11, 7/TC)

大学1年生です。力学の問題なのですが、誰か解き方を教えてくれませんでしょうか？ (1)の問題に関しては自分で方針は立ててみたものの、具体的にどうすればいいか分からず...(そもそもこの方針が合っているのかどうかも怪しいです。) よろしくお願いしますm(_ _)m

問題 1-1 xy平面上をy=log (1+x) で表される軌道 (右図) に沿って質点が移動している (log は 自然対数). 時刻 t=0 に原点から出発して質 点の位置のx座標値が増加する方向に移動す るとして, 以下の問に答えよ. 0.6 0.5 0.4 y 0.3 (1) 質点が軌道上を一定の速さv で移動し ているとする. このとき, 速度 (ベクトル 量)と加速度(ベクトル量) の x,y成分 をxとvo で表せ.また, これらの内積を成 分で計算してゼロとなる (速度と加速度 が直交する)ことを示せ. (2) 加速度4のx成分4xが, A =αで一定のとき, 加速度のy成分を求めよ.ただし, 原点における速度のx成分をV2aとする. 0.2 0.1 0 0.5 1 1.5 x 2.5