物理単振動万有引力 解説して欲しいです。

まず自分でやってみよう!" ① 地表から高さんを円運動している人工衛星の周期Tを求めよ。 地球の質量M,半径 R, 万有引力定数Gを用いよ。 R M ②地表で水平方向にある速さ以上で投げれば物体は地上に落ちてこない。 0 を求め よ。 (①のM, R, G を用いよ。)

オレンジの線のところがなんでそうなるのかが分かりません。

㊙ 33. 円錐振り子 5分 図のように,長さLの質量が 無視できる棒の一端に質量mの小球をつけ, 固定さ れた点0に棒の他端を取りつけた。 棒と鉛直方向の なす角度は0(0>0) であった。 棒は点0を支点とし て自由に運動することができ, 小球と床の間の摩擦は 大 無視できるものとする。 小球に初速度を与えると, 床に接した状態で角速度 床 @ 0(支点) 0 OF T ま TN om 小球 Img ③の等速円運動をした。小球にはたらく棒からの力の大きさをT,床からの垂直抗力の大きさを N, 重 力加速度の大きさをg とすると, 小球にはたらく水平方向の力については, Tsin0=mw2Lsin O > I 工 が成りたつ。 また, 小球にはたらく鉛直方向の力については, Tcos0+N=mg 0 が成りたつ。 小球に大きな初速度を与えると,小球は床から離れる。小球が床から離れずに等速円運動するの 最大値 ω を表す式として正しいものを,次の①~⑦ のうちから1つ選べ。 45 ① g g ③ g gcoso +9 ④ Lcos o Lsin V Ltan L (5) g sin ⑥ gtan O ⑦ g L L √ L 人 2021 追試〕

オレンジの線のところがなんでそうなるのかが分かりません。

㊙ 33. 円錐振り子 5分 図のように,長さLの質量が 無視できる棒の一端に質量mの小球をつけ, 固定さ れた点0に棒の他端を取りつけた。 棒と鉛直方向の なす角度は0(0>0) であった。 棒は点0を支点とし て自由に運動することができ, 小球と床の間の摩擦は 大 無視できるものとする。 小球に初速度を与えると, 床に接した状態で角速度 床 @ 0(支点) 0 OF T ま TN om 小球 Img ③の等速円運動をした。小球にはたらく棒からの力の大きさをT,床からの垂直抗力の大きさを N, 重 力加速度の大きさをg とすると, 小球にはたらく水平方向の力については, Tsin0=mw2Lsin O > I 工 が成りたつ。 また, 小球にはたらく鉛直方向の力については, Tcos0+N=mg 0 が成りたつ。 小球に大きな初速度を与えると,小球は床から離れる。小球が床から離れずに等速円運動するの 最大値 ω を表す式として正しいものを,次の①~⑦ のうちから1つ選べ。 45 ① g g ③ g gcoso +9 ④ Lcos o Lsin V Ltan L (5) g sin ⑥ gtan O ⑦ g L L √ L 人 2021 追試〕

周期Tは、どうして、ωt分の2πじゃないんですか？？ 2πの時が1周の角度なら、分母は角度のθでθ＝ωtを入れて、ωtになると思ったんですが、どうしてω分の2πなんですか！！！ 教えてください🙏🙏！

線方向であり,その大きさ(速さ)v [m/s]は、 るから きざ v=rw (速さ [m/s] = 半径 〔m〕 ×角速度〔rad/s]) w ... 1 時刻 (51-1873 ヘルツ (c) 周期と回転数 等速円運動をする物体の周期を T〔s〕,回転数をn 〔Hz] (Hz= 2 とすると, 242 2πr 2π T= ・⑤ n = v =/1/1 ...⑥ T (d) 加速度 加速度の大きさα 〔m/s2] は, 01 V2 15 40 40 40 V2 a= V2-V1 Av v.40 v.wAt v² At =vw=rw= 1401=0 4t At At 0 r 向きは,常に円の中心に向かう向き (向心加速度)。 e) 向心力 円運動をする質量m[kg] の物体は, 常に円 の中心に向かう向心力を受ける。 その大きさをF[N] とすると, v² F=ma=mrw²=m 8 r 加速度 α O' 面内の円運動 振り子のように, 物体が鉛直面内の円軌道上を運動するとき 刻々と変化するため,等速円運動ではない。 しかし,円軌道上の任意の位置に 体に

⑶ 時間を求めるために、周期を使うことなんて思いつきません。答えを見ても、イマイチ理解できてないです。 他に解き方ってないんですか？💦

必解 52. 2本のばねによる単振動〉 A B mmm mmm 0 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) 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, 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0を通過するまでの時間 to と, 初めて x=123 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, ω 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m 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。 [ 香川大改〕

なぜ、Ncは内側に向かっての矢印なんですか？

必解 47. <鉛直面内の円運動〉 図1に示すように、 大きさを無視できる質量 mの小球が,高さんの地点から初速度 0 でレー ル上をなめらかにすべり下り,鉛直面内にある 半径1の円軌道上を運動する。 重力加速度の大 きさを とする。 また, レールの太さ, レール との摩擦,空気抵抗は無視できるものとする。 次の(1)~(3)について,g,h, rのうち必要な記 号を用いて答えよ。 (1)最初に点Aを通過するときの小球の速さを求めよ。 m D B 図1 A (2) 小球がレールにそって点 B, C, D を通過して、 再び点Aになめらかに到達した。このと き,円軌道の最高点Cにおける小球の速さを求めよ。 (3)小球がレールから離れずに,円軌道を1周するために必要な高さんの最小値を求めよ。 次に,小球が円運動中にレール上から離れる 場合,すなわち, 高さんくん とした場合の運 動を考える。このとき図2のように, 小球は点 Eにおいて円軌道から離れ,レールとは衝突せ ずに放物運動を続ける。 そのときのなす角を 80°<890°) とする。 次の(4)~(6)について, 9,0のうち必要な記号を用いて答えよ。 C D ・B 図2 A

マーカー部分のようになる理由がわかりません💦

円運動・万有引力 33 問題 B m の問い こ回転 ふきと 示せ。 べりだ 必解 46. 〈円筒表面をすべり落ちる小物体の運動〉 図のように、なめらかな表面をもつ半径rの円筒が,水平な床に接 して固定されている。質量mの小物体が最高点Pから静かにすべり だし、点Qを通過して点Sで円筒表面から離れ床に落ちた。 円筒の中 心を点O, ∠POQ=8, 重力加速度の大きさをgとして, 次の問いに 答えよ。 (1) 小物体が点 Qを通過するときの速さはいくらか。 (2) 点Qにおける小物体に作用する抗力の大きさはいくらか。 (3)∠POS=0 とするとき, cos はいくらか。 (4)点Sで円筒表面から離れる瞬間の小物体の速さはいくらか。 P Q om 水平な床 (5) 小物体を点Pから,円筒軸に垂直でかつ水平に, 初速を与えて打ち出すとき,円筒面上を すべらず、ただちに円筒から離れて放物運動するようになる初速の最小値はいくらか。 〔15 東京電機大 改]

なぜ、マーカー部分のようになるのかわかりません。

(ア) 円運動の半径をR とすると, R=lsin0 で あり,円運動の中心は図の点0である。はた らく力を, おもりとともに運動する観測者の 立場からすべて図示して考える (ひもの張力 を S, おもりが円錐面から受ける垂直抗力を Nとする)。 円錐面に垂直な方向の力のつりあいより N+mRw² cos 0=mg sin 0*A< N=0 より ω^= gsino Rcoso = gsino _g = isin・coso I cos 0 S S N -0 0 -R- mRo2 mg

わかりません💦教えてください🙇

必解 45. 〈円錐振り子〉 図1のように,質量mのおもりを,長さの軽くて伸びな ひもの一端につけ、もう一端を,鉛直方向を向いている天 頂角20のなめらかな円錐面の頂点に固定した。 重力加速度 の大きさをgとし、次のア~カに当てはまる解答 を0,g,m, lrを使って表せ。 ただしオカの解 答ではは使ってはいけない。 図1のように、円錐面上でおもりに角速度で円運動をさ せた。ωを大きくしていって, w2=アになると,円錐 面からおもりが受ける抗力は0になる。 このとき, ひもの張 力はイになっている。 それ以上の角速度では,おもり は円錐面から離れた状態で円運動を行う。 図 1 m 次に,ひもの代わりに, 自然の長さが1でばね定数が mg m 図2 のばねを使って、 図2のように円錐面上でおもりに円運動を させた。そのときのばねの長さを とすると,角速度 ω は 2=ウで与えられる。 また, 円錐面からおもりが受け る抗力はエになっている。 角速度 ω を大きくしていくとばねの伸びは大きくなってい きばねの長さがオになったときに円錐面からおもりが受ける抗力は0になること がわかる。また,そのときの角速度は2カで与えられる。 それ以上の角速度で は、おもりは円錐面から離れた状態で円運動を行うことになる。 〔上智大]

最後の問題でどうして張力が最もおおきくなるのがＢってわかるんですか？

2 cos 8-1 これよりcos-1212 すなわち、0- 62 5 (1)/2gR[m/s] (2) 3mg [N] (3) mo(1+2R) (N) (4) r R (5) 6mg [N] (2)と(3)は、おもりの速さは等しく,円運動の半径が異なる。 (4)は最高で、おもりの速さが0より大きく、かつ糸の張力が0以 上であればよい。 (5)はA~B~C間の運動で最も張力が大きい瞬間を考 える。 解説 (1) 求める速さを [m/s] とする。 AB間で力学的エネルギー 保存の法則より。 糸 62 (1) 最下点Bを薫 による位置エネルギーの 準面と考える。 (5) mgR==mv2 これより、B=√2gR [m/s] (vg<0 は不適) F=m =2mg (2) 点Bを通過する直前のおもりにはたらく遠心力 F[N] は, DB2 (2)3) センサー12 センサー 14 R- R 遠心力を考えて,鉛直方向の力のつり合いより求める張力 の大きさを T[N] とすると, TB T-mg-F=0 Fを代入して, T= mg +2mg=3mg[N] (3) 点B を通過した直後のおもりにはたらく遠心力F' 〔N〕は, UB F'=m- -= 2mg r R r 求める張力の大きさを T' [N] とすると, (2) と同様に考えて T' -mg-F' =0 F' を代入して, T=mg+2mg/L=mg (1+2R) [N] mg/(1+ VB mg (4)点Cでのおもりの速さをvc[m/s] とする。 AC間で力学的 (4) Bを重力による位置エ エネルギー保存の法則より、 ネルギーの基準面と考える。 mgR=m mvc+mgx2r これより, vc = √2g (R-2r) (vc<0 は不適) vc>0より,2g(R-2r)>0 これより< ...... ① 2 点Cでおもりにはたらく遠心力 F”〔N〕は, F = m² = 2mg (-2) R r 遠心力を考えて,鉛直方向の力のつり合いより、点Cでの 糸の張力の大きさを T” 〔N〕 とすると, T" + mg-F" = 0 第Ⅰ部 様々な運動 F" T mg P D