物理の問題です。計算部分がわかりません。 1枚目は問題で、2枚目は別解(途中)です。 2枚目の下らへんの微分の計算が何をやっているかわかりません。 数学の微分はIIもIIIも学習済みですが、物理での微分の計算がまだ慣れていなく、理解しきれていません。 教えていただけ... 続きを読む

の半径は等しく, 間に摩擦はないので,小球は円筒に沿ってなめらかに動く。 小球は始め 図のように、円筒に小球を入れて円筒を振り回すと, 小球は飛び出す。 小球と円筒内面 円筒内のある点0に静止しており,円筒は点0まわりに一定の角速度で回し続けてい る。あるとき、わずかな揺らぎによって小球は0から距離 lの円筒の端点Pに向かって 静かに動き出した。 小球の質量をmとし, 実験は無重力真空中で行うものとする。 ANa Y 3 mru (遠心力) P O l 実験室系から見た小球がPを飛び出す速さ, OP と飛び出す向きのなす角を求めよ。

次の問題でまず何故青線の関係式が立てられるのでしょうか？どなたか解説お願いします🙇‍♂️

20min 2 図e QAR-P 図 sin'= √2RY cos'=- 2R △PQSはSが 直角三角形であるから 図 a きの周期をT' とすると To'=2 amo=2x2k mo =2To となる。 To = 1.0s より To'=2×1.0=2.0s (3) 小球の質量をm[kg] にしたときの周期をT T[s] - xの位置での運動方程式 ma=-kx k a=-x=ω'x m /k 2丁 80= m とすると @mo im T=2x1 Im mo -X2π To 「T=- より k HP w 2R となるので,TとT の間にはT=, m To Vemo 0 mo Amo m (kg) 図b となる。 の関係が成りたつ。 よってTとの関係は図bのようになる。 N 55 2本のばねによる単振動〉 g)。 か x=Asin (wt+0) 振幅は4であり, 70 のとき x=0 であるから ので√2R すなわち 意して√を開くこと。 220であることに 0=Asin0 よって sin0=0 より = 0 これより x=asinwt A v=aw cos wt*A+B+ (2) 単振動する物体Pの加速度αは α-aw'sin wtB 8 図g mg mrw CPから半球面の足 CA√R²+R²=√ 10 のとき原点を正の向きに通過 このとき, 位置 xは0, 速度は最大となる (3)時間を求めるときは単振動の周期 Tを用いる。 また, 円運動にもどって考えるとよい。 (4) 変位 0 のとき速さは最大, 変位が最大 (もしくは最小)のとき速さは0となる。 (5) 力学的エネルギー保存則より, 「運動エネルギー K+ 弾性力による位置エネルギーU=一定」 となる。 (1) 単振動の変位と速度を表す式は, 振幅を A, 初期位相を とすると ← A 別解 0 v=Awcos (wt+0) -a ......① ......② この運動のx-t図は + sin 型となるので x=asinwt ① 式を用いて整理すると α=-x ....... ③ kx kx aw また、物体Pの変位がxのとき,物体Pが受ける 0000000000 0 力は図aより F=-kx+(-kx)=-2kxC ......④ am (3) ④式と,単振動の周期の式 「T=2π」 で K=2k だから,周期Tは m 2m T=2nv2k=nv k to= 90° 360° 単振動は円運動の正射影であるから, 物体Pがx=α に達してから初めて原点を通過するまでの時間to は π 2m 60° ・T= -aw 同様に, v-t図は +cos 型で, の最大値は aw であるので v=aw cos wt ←B 別解 x=asinwt を tで微分して dx v= =aw coswt dt また,v=awcoswt を tで微 0 a 分して dv 0 ax Q= =aw'sin wt dt 図24 ◆C 合成ばねのばね定数 は2kとなる。 物理重要問題集 57 じとなる。 。 を求める。 同じ｡ √g²+a² 55. <2本のばねによる単振動〉 B mmmmmm 図のように, なめらかな水平面上に質量mの物体Pが同 じばね定数kをもった2つのばね A, B とばねが自然の長さ にある状態でつながっている。 水平面上右向きにx軸をとり, このときの物体Pの位置をx座標の原点Oとする。 物体PをばねAのほうへ原点Oよりαだ けずらしてからはなす。 このとき物体Pは単振動する。 単振動は等速円運動の軸上への正 射影の運動であるといえる。 時刻 t=0 において, 物体Pはちょうどx座標の原点Oを正の 向きに向かって通過した。 ばねの質量はないものとして,次の問いに答えよ。 (1) 時刻 t における物体Pの位置xおよび速度vを, 等速円運動の角速度を用いて表せ。 (2) 時刻 t において物体Pが位置xにあるときの加速度αを, wとxを用いて表せ。また,2 つのばねAとBから受ける力Fを, kxを用いて表せ。 (3) 物体Pがx=αに達してから, 初めて原点を通過するまでの時間と初めて X= αを通過するまでの時間を, kmを用いて表せ。 (4) 物体Pの運動エネルギーKの最大値とそのときの位置, およびばねの弾性力による物体 Pの位置エネルギーUの最大値とそのときの位置を表せ。 ただし, やTを用いないこと。 (5) 物体Pが単振動しているときの速度と位置xの関係を求め, vを縦軸に, xを横軸にと [ 香川大 改 ってグラフに示せ。 このとき座標軸との交点を, a, k および を用いて表せ。 また, 物 体Pが時間とともに図上をたどる向きを矢印で表せ。

赤マーカーのところで、なぜ0でなければならないのか教えてください!! (ほかにも右辺が0となる数はない理由が知りたいです)

5.5 周期的な外力が作用する振動(強制振動) 粘性抵抗とは別に, 外部から周期的な外力が作用する場合, 質点の振動 運動はどのように表されるだろうか。 このときの質点の振動運動を強制振 動という。 周期的な外力をf(t)=fo coswt とする。 ここで,一般的に外力の角振 動数は,ばねが持つ固有の角振動数 wo とは異なるのでωと表し,両者を 区別する。運動方程式は, (5.1) 式に外力を付け加えた形で, xx mx + ric + kx = focoswt (5.23) である。前節と同じ置き換えを行って x + 2k x + wo² x= fo = coswt (5.24) m となる。このタイプの微分方程式は非同次方程式と呼ばれる。この方程式 の一般解は,対応する同次方程式(右辺 = 0 の場合)の一般解と, 非同次方 程式の特解の和として求められる (章末問題 5.2 参照)。 (5.24) 式の特解を見つけるために, 74 x = A coswt + B sin wt (5.25)

単振動の問題です 177番の（2） （3）でそれぞれなんで0.50t=2πn、050t=3π/2+2πnになるのか分かりません。

x=0 よって点 Q 。 (コ) Qの速さの最大値は |v=Aw×1=Aω 2 (サ)(ク)の式より,Qの加速度の大きさ |a|=ω^|x| αが最大となるのは|x| が最大,すなわち x=±A のときである。 よって点 Q1 Q2 (シ)Qの加速度の最大値は |a|=ω'×A=Aω2 cos ②2単 は,等 する。 3 単 2π (ス) A (セ)「T= -」 より 周期は 2π さの最 W w 12.0- 11.01.0 加速 2 ここがポイント 177 単振動の式を整理しておく。 変位 「x=Asinwt」, 速度 「v=Awcoswt」, 加速度 「α=-Aw'sin wt」 解答 (1) x=4.0sin 0.50t と単振動の変位の式 「x=Asin wt」 の係数を比較し て振幅 A=4.0m, 角振動数 ω=0.50rad/s よって, 時刻 t [s] における速度v [m/s] は wcoswt=4.0×0.50cos0.50t=2.0cos0.50t また、時刻 t [s] における加速度 α 〔m/s'] は小 a=-Aw'sinwt=-4.0×0.50'sin0.50t=-1.0sin0.50t ...... ...② (2) 速度が最大となるのは ①式より0.50t=2πn(nは整数)のときである。 このとき x=4.0sin2zn=0m mos.0=1 良 a=-1.0sin2mn=0m/s2 0 ALEXS 02. 3л (3) 加速度が最大となるのは②式より 0.50t= +2n (n は整数) のとき 0.8 2 01 A 大 である。 このとき m08.0-0.10.0- 0.P 13 x2=4.0sin 2 -= (u2 2\m 08.0 +2rn = -4.0m S (o 13 v=2.0cos 2 in)=0 +2=0m/s Ma.1-09

常にZ軸に向かうということが解説を読んでもわかりません💦教えてください🙇

例題 2.2 螺旋運動 (3 次元運動) 位置r= (x,y,z) が時間の関数として x= Rcoswt y = Rsin wt z = Vt により与えられる物体は,z-軸を中心軸とする半径 R の螺旋軌道を描く。速度と加速度を求 め,加速度が xy-平面に平行で,常に z-軸に向かうことを示せ. [解答] 速度v= (x,y,z)と加速度 a = (a,ay,az) は,微分を用いて次のように求めら れる. vx=i=-Rw sin wt vy=y=Rwcoswt Vz = = i =V ax=ix=-Rw2 coswt ay=iy=-Rw2 sin wt az=iz=0 Z 物体の描く軌道と速度と加速度の様子は,図のようになる. 加速 度の成分が0なので, 加速度はry- 平面に平行である. 次に, xy-平面に平行かつ=Vt で 2-軸と垂直に交わる平面 を考える. これまでの説明でわかる通り, 加速度ベクトルαはこ の平面上にある.この平面上での物体の位置rry=(x,y) と加速度 X V Y

実効値についてです 最大電圧が以下の通りになる理由が分かりません そのままNBSωsinωtを用いない理由はなんですか？

解 (2) Qに対するPの電位をと して, コイルに生じる交流電圧を求めよ。 ここで, 4 (coswt) =wsinwt を用いよ。 ABscosut) At -N BG- alexar B=0.1[Wb/m²〕,S=0.5[m], N=10巻き, wiπ[rad/s] とする。 (3) 交流の周期はいくらか。 (4) 交流電圧の実効値はいくらか。 Ve=112 = (1) コイルの面に垂直な磁束密度の成分は Bcoswt[Wb/m²〕 だから =NVBS on sinat T = 2020 Wood 2=100.1.0.5 100 Bcosut Bcoswt 〔Wb/m²〕 x S〔m²) =BScoswt 〔Wb〕 (2) 誘導起電力はコイルを貫く磁束の変化を妨 げるように生じる。 え 40 Acaswt v=-Nx -=- NBS x- At NBSwsinwt [V (3) 周期をTとすると T=- 2л 2π W =0.2. 50 100л (4) 最大電圧 v は ひ = NBSw である。 ひ。 =10×0.1×0.5×100=50 [V] 実効値 V は V=- =12=12 50=25√2〔V〕 111 [V] -253- wt B 0.5.10

このSignとcosの変換がよく分からないので教えて欲しいです。

2 (2) 変位がx=Asin (wt+0) のとき,速度と加速度 αはそれぞれ、 v=Awcos(wt+00), a = -Aw'sin (wt+0) と表される。 よって、 Awcoswt+ Aw TT 2 Aw'sin(wt+2=Aw coswt 求めるグラフは次の図 a, b のようになる。 as Aw² 0 IT 2π t π W W -Aw² 図b -Aw 図 a - 162- に 2π t 3 b 0- 静間 は

(3)のどうしてmが2mになるんじゃなくてKが2kになるのか分かりません。普通に考えて重さ2倍にならないからkが2倍ですか？？ あと、(3)のx=a/2のときのtなんですが、私の解き方のどこがダメなのか教えて欲しいです🙇🏻‍♀️答えが合わないんです😭3枚目です。 よろしくお... 続きを読む

必解 52. 2本のばねによる単振動〉 A 00000 P 図のように、なめらかな水平面上に質量mの物体Pが同 じばね定数をもった2つのばね A,Bとばねが自然の長さ にある状態でつながっている。 水平面上右向きにx軸をとり, このときの物体Pの位置をx座標の原点とする。 物体PをばねAのほうへ原点Oよりαだ けずらしてからはなす。 このとき物体Pは単振動する。単振動は等速円運動のx軸上への正 射影の運動であるといえる。時刻 t=0において, 物体Pはちょうどx座標の原点Oを正の 向きに向かって通過した。 ばねの質量はないものとして、次の問いに答えよ。 (1) 任意の時刻における物体Pの位置xおよび速度vを,等速円運動の角速度を用いて 表せ。 (2) 任意の時刻において物体Pが位置xにあるときの加速度αを, ωとxを用いて表せ。 また, 2つのばねAとBから受ける力Fを, kとxを用いて表せ。 (3) 物体Pがx=α に達してから, 初めて原点Oを通過するまでの時間 to と, 初めて x=. 1 =1aを通過するまでの時間を,kmを用いて表せ。 (4) 物体Pの運動エネルギーKの最大値とそのときの位置, およびばねの弾性力による物体 Pの位置エネルギーUの最大値とそのときの位置を表せ。 ただし, wやTを用いないこと。 (5) 物体Pが単振動しているときの速度と位置xの関係を求め, vを縦軸に, xを横軸にと ってグラフに示せ。このとき座標軸との交点を, a, k および を用いて表せ。また,物 [香川大 改 体Pが時間とともに図上をたどる向きを矢印で表せ。

（1）の答えが何故sinでなくcosなのかが分かりません 教えてください🙇‍♀️

問題 25. 交流回路 (108) 交流の発生 CHOM 図のように, 磁束密度の大きさ B〔T〕 の一様な磁場中に,一辺の長さ (21〔m〕 の正方形コイル abcdを置いた。 このコイルは,辺bcの中点を通り辺 ab に平行な軸のまわりに回転するこ とができ,この回転軸が磁場と垂直に B b C N 物理 R f S なるように設置されている。 時刻 t = 0〔s) において,辺bcは磁場と平行で あり,cからbへの向きが磁場の向きと一致していた。 このコイルに抵抗値 R[Ω] の抵抗を接続し、 コイルを図に示した向きに一定の角速度 [rad/s〕 で 回転させた。 ただし, コイルの誘導起電力および抵抗を流れる電流は, a→b→c→d→efaの向きを正とする。 (I) 時刻において,辺ab に生じる誘導起電力はいくらか。 (2) 時刻において, コイル abcd全体に生じる誘導起電力はいくらか。 (3)時刻において, 抵抗を流れる電流はいくらか。 (4) 抵抗を流れる電流の実効値はいくらか。 (5)抵抗で消費される電力の平均値はいくらか。 <福岡大〉 解説 (1)0 <wt<〔rad〕のときに 2 ついて,コイルをad側から見て考えよう (右 図)。 辺ab は, 半径[m〕, 角速度w [rad/s〕 で回転しているので,速さはww [m/s] である。 時刻 [s] では, コイルが磁場方向からwt[rad〕 磁場に垂直な成分 lw wt wt lwcoswt a(b) N S d(c) a (b) |d(c) Iw 金 (3) だけ傾いているので,辺abの速度の磁場に垂直な成分はlwcoswt[m/s]で ある。 辺ab に生じる誘導起電力Vab 〔V〕 は, a→bの向きに生じ, 正なので, Vab=Wwcoswt・B・21=21wBcoswt[V〕 (2)(I)と同様に考えて,辺cdに生じる誘導起電力 Va〔V〕は, c→dの向きに生 じ,正なので, Ved=212wBcoswt[V] また,辺bcと辺adには誘導起電力は生じない。 したがって, コイル abcd

単振動のエネルギーの問題でどうして赤丸のように表せるのでしょうか？

7 向きに始 (12 ESS 示して として 21 れる。 つるす F=mg-k(x+xx =-kx する。 長さL〔m] の単振り子の周期 T[s] は, 単振り子 振れが小さいとき, 重力の接線方向の成分を復元力と T=2π1 L (8) g 2 単振動のエネルギー 0復元力による位置エネルギー 質量mの物体が復元力Kx, 角 張力 振動数の単振動をするとき,復元力による位置エネルギーは, 振動の中心 重 1/2=1/12max ...⑨ ... ものをつけ になる 度 V 速度の ②単振動のエネルギー 振動数 f, 振幅Aの単振動をする質量mの物体の単振動の ギーEは,単振動のエネルギー) = (運動エネルギー) + (復元力による位置エネル E=/12m+/12Kx=12m(Aucoswt) +12mw" (Asinot)=1/12ma'A=2mmf-A プロセス 重力加速度の大きさを9.8m/s2として、次の各問に答えよ。 1 周期 0.25s の単振動の振動数はいくらか。また,その角振動数はいくらか。 物体が,変位 x[m]と時刻t[s]との関係がx=0.5sinzt で示される単振動をす t の単振動の振幅 国語 花梨彩 用いて表せ