物理の力学です。 画像の(イ)の部分で位置エネルギーは考慮しないのですか？

2(ma+ma)9h 2021年度 の中に入れるべき正しい答を解答群の中から選び,その番号を解答用マークシート 次の問題の口 の指定された欄にマークしなさい。(34点) 図1に示すように, 水平面に対して角度0[rad] だけ傾いたなめらかな斜面上に台車Aと台車Bがあ る。台車Aは斜面上を動かないよう手で支えられて いる。また,台車Bは斜面上の壁に下端が固定され たばねの上端に取り付けられ, つりあって静止して いる。台車Aは斜面上の台車Bよりも上の位置にあ り,高低差はh[m] である。以下の問いでは, 台車 Aと台車Bの大きさ, ばねの質量は無視できるもの とする。また, 台車Aの質量はMA [kg], 台車Bの 質量は ms (kg), ばね定数はk[N/m), 重力加速度の大きさをg [m/s°] とする。 (1) 台車Aから静かに手をはなすと台車Aが台車Bに衝突した。台車Aが台車Bに衝突する直前の台車Aの 速度の大きさは口(7) ] [m/s] である。台車Aと台車Bが完全非弾性衝突し, 台車Aと台車Bは一体とな り運動を続けたとする。このとき, 衝突によって台車Aおよび台車Bの力学的エネルギーは(イ) )だ け失われる。一体となった台車は,斜面上で単振動をした。衝突の瞬間から単振動の半分の周期だけ時間 が経過したとき, ばねは自然長から(ウ)] [m] だけ縮んでいる。 単振動したときの最高点がばねの自然 長での位置と一致するとき, hは [m/s] である。 台車A h 台車B ばね定数と 水平面 本すダラ 図1 (エ) [m]と表せる。また, 台車の速度の大きさの最大値は () (ア)の解答群 0 gh 1 2gh gh 3 2gh Vg 2 2 4 V2 (イ)の解答群 MA? -gh MA+mB MAMB 2mama 2ma 0 1 gh 2 MA+mg 2 3 gh Ma+mB 46- ma+mB MA? 2(ma+ma)9h 2mgsin0 MAMB 4 5 6 2 MA MAMB 4(ma+ma)9h (ma+ma)gsin@ 7 4(ma+ma)9h (ウ)の解答群 magsin0 k 2(ma+ms)gsine 0 1 2 k k 3 k (2ma+ms)gsin@ 5 (ma+2ms)gsine k 2(ms-ma)gsin0 4 k 6 k (2ms-ma)gsin@ 7 k (エ)の解答群 mg(ma+mg)(ma+2ms)gsin°e ma(ma+ma)(2mat ma)..gsin'0 0 mA 2k 1 MA ma(ma+ma)(ma-2ms).gsin'0 ma(ma+ma)(2ma-ma).gsin'0 2k 2 m。 2k 3 MA 2k ma(ma+ms)(ma+ms).gsin'e ma(ma+ma)(ma-ーma).gsin'0 4 MA" 4k 5 MA ma(ma+ma)(2mg-ma).gsin°0 7 4k ma(mia+ma)(ma--ma).gsin°0 6 MA' 4k MA 4k (オ)の解答群 mA gsin@ Vk 0 1 MatmB mB-MA k k -gsin@ 2 gsin0 MA matmB k 3 2。 -gsin@ 4 2, gsin@ mB-MA 2, k 5 k gsin@ 2mat me 6 2mB-mA 7 k -gsin@ -gsin@ k

物理のエッセンス、単振動についての質問です。 (2)で、なぜ比例定数Kの符号が変わっているのは、復元力の公式から、F＝-kx だからですか？ 初歩的すぎるかと思いますが、教えていただけますと助かります。よろしくお願いします、、！

単振 みよう。 長さ1,断面積Sの木を密度pの水に浮かべ EX 4 たら, hの深さで静止した。 そして少し押して 放すと振動を始めた。 水の抵抗はないとする。 (1) 木の密度pを求めよ。 (2) 静止状態での木の底Bの位置を原点とし て下向きにx軸をとる。 振動中の底Bが位 置xに来たときの合力を求めよ。 (3) 振動周期を求めよ。 S h B ふりょく 網力げは液体の密度を p, 液面下の体積をVとすると,f=pVgと表される (1) 木の質量はm=pSlと表せるから, 重力と浮力のつり合いよょり P,Slg=pShg 2=40 (2) 水面下の体積は S(h+x) だから, 合力Fは 浮力 F=pSlg-pS(h+x)g メか作、 mg =PSlg-pShg-pSxg=-pSgx (3) このように合力は比例定数K=pSg をもつ復元力だ から木は単振動をする。 -10 X B PST - 2π, m h . T=2π, = 2π, K ニ pSg g

3と4の式がいまいちわからないです cosωtとsinωtはどこから出てきたのですか？

と書けるね。このwのことを単振動では角振動数という。 周期Tとは,単振動に対応する円運動が1周回るのにかかる時間 のことだ。円運動の角速度の(1秒あたりの回転角)は,この周期Tを用いて、, 3 2π [rad]回転する Ts]間で w [rad/s) = かくしんどうすう と 逆にこの式より,周期Tは, 角振動数wを使って 210 T=W と と書くことができるね。 さて,図6のように,半径Aで角速 度wの円運動を真横から見た単振動を 考えよう。円運動が点Pを通過した瞬 間を時刻t=0 とする。このとき対応 する単振動の(中)の位置P'の座標を 2=x,としよう。 時刻tで円運動は点 Qを通過するが,このときまでの回転 角はwtとなっている。このときの単 振動の位置Q'のc 座標は, 図6より, =2o+Asinwt…② 'A Aw? wt: Aの ot P 000 Co Asinwt (中) P'Q間の距離 図6 となっているね。 また,このときの単振動の速度vと, 加速度aは、円運動の接線 方向の速度Awと, 向心加速度Aw°をそれぞれ真横から見たものと して,図6より, リ=Awcoswt③ a=-Aw'sinwt…④ 右向き正より となっているね。ここまで,じっくりと図6とニラメッコして、り/ 一度確認してください。準備はできたかい。 220 物理の力学 の

単振動 大5問3 3枚目のように解いてしまいました🥺 回答のやり方は見て理解出来ました！ ですがなんで3枚目のやり方だとだめなのかわかりません、。！ どなたか教えて下さると幸いです。。

問2 小物体がつりあっている状態から, 外力を加えてばねAとBがともに自然 問5 回路全体に流れる電流I(= I. + 1,)が最小になるときの角周波数wを表す 武蔵野美術大一造形構想学部 2019年度 物理 117 0 3k 116 2019年度 物理 V% sin w t wL 武蔵野美術大一造形構想学部 2mg 2 で水平 代の組 三の付 V。 - cos w t wL - u LV% cos wt 6 mg mg 3k 2k sin w t 8 cos w t wL 3mg 6 k mg 3mg 5) k の 2k 式として正しいものを, 次の①~⑥から一つ選べ。 長になる高さまでもち上げて静止させた。このとき,外カ力のした仕事を表す式 として正しいものを, 次の①~⑥から一つ選べ。 20 22 0 IC TLC 3 2x(LC O 1 5 2xVLC ④ πVLC mgd 2 mgd 3 mgd の 3 6 TVLC ASはO 1 6 6 3mgd の mgd mgd 2 第5問 次の問い (問1~5)に答えよ。 のと 問3 問2の自然長の位置から静かに手を放すと,質点は単振動を始めた。この単 振動において,小物体の速さの最大値を表す式として正しいものを, 次の①~ 6から一つ選べ。 A 図1のように, 天井と床の間の距離が2Lの実験装置がある。自然長Lでは ね定数&のばねAの一端を天井に,自然長Lでばね定数2★のばねBの一端を 床に固定して, 各々のばねの他端に質量 mの小物体を取り付けて,小物体がつ りあう位置で静かに手を放した。 重力加速度の大きさをgとする。 23 1 gd 3 2 gd の 2 V2 3 V3 gd 天井 ④ Vgd 6 (2 gd 6 2,gd ばねA B 次の問いに答えよ。ただし, 電子の質量を m, 電気素量をe, プランク定数を hとする。 L k o m 同4 電子にレの電圧をかけて加速させたときの電子の速さを表す式として正し いものを,次の①~⑥から一つ選べ。ただし, 電子の初速度は0とする。 24 2k L 1 ばねB 1 eV eV 3 V の 2 1 eV の 2V m 2m 2m 床 2eV 6 eV 2 eV 図1 問5 間4で加速させた電子の波長を表す式として正しいものを, 次の①~⑥から を,次のD~6から一つ選べ。 21 200000ee

バネの単振動でx＝Asin(wt)　x距離 w角振動数 t時間 で表される時バネ係数がkだったらw＝√k/mとなるのはなぜですか？

回答を見ても理解できないので、（3）について教えて下さい。

R# 曲 R# 例題 73* x 軸の正方向に速さv=10 [cm/s] で伝わる正弦波がある。 図は原点0(x=0 [cm]) にお ける,変位y[cm] と時刻t [s] との関係を表す。 y [cm)] 2 ある 0.1 0 -2 で次 (2) 波長入は何 cm か。 (1) 周期Tは何秒か。 (3) 時刻t=D0 [s] における変位y[cm] と位置x [cm] の間な、 形)を表すグラフは次のどれか。 (3 の 3 6 -01eに ん x 0 x x f Ap 1 (4) 原点0におけるある変位が, x 軸上の座標x [cm] の点に伝わ るのに何秒かかるか。 (5) 座標x [cm]の点の時刻t [s] における変位y[cm] を求めよ。 (1) T=0.2 [s] (3) 原点0ではt=0[s] において y=0[cm] であり,その後,変位yは止 になることから,答は② 実線はt30[s]での波形。点線は少 し時間がたったときの波形。原点での 変位はy=0 [cm] から正の向きに大 きくなる。 (2) =D0T=10×0.2=2 [cm] 中: w6 x x 0 (5) 0における時刻t [s] の変位 yo [cm] は, Yo=2sin- a O1 A 2元 書ける。求めるyは, O =D2sin10ntと 0.2 における時刻(t-)[s) での変位に等しいかり y=2sin10. 10 x イント 波形 (yーxグラフ)_At 単振動 (yーtグラフ)二A *x -A 2元 ソ= Asin X- ど 1 4

⑴⑵どう論証するか全くわかりません

15 上端が固定された長さ!の糸の先(下端)に質量 mの質点をつるして, 水平方向に初速 voを与える。重力加速度の大きさをgとする。 (1) 糸がたるむことなく振動するために voの満たす条件を求めよ。 (2) 糸がたるむことなく1方向に回転を続けるために voの満たす条件を求めよ。

赤で囲った部分がなぜそうなるかわかりません。 教えて頂きたいです🙇🏼‍♀️

B 賞量 mの小物体を軽いばねの端に取り付けて, ばねの他端を天井に固定した。 図2のように,小物体をばねが自然の長さになる位置0から高さdだけ手で持 ち上げて、位置Pに静止させた。ばね定数をk, 重力加速度の大きさをgとする。 天井 k ばね 円 A 小物体 m P d yot kL 手 |2d 図 2 小物体を位置Pから静かに手放したところ, 小物体は位置Oから高さ 2d だ け下がった位置Q(最下点)まで達し, 上下の往復運動を繰り返した。この運動 は単振動であり, 単振動の周期Tは, 全U OA E問 m T= 2π k @-00 である。 問4 小物体の速さの最大値を, dとTを用いて表した式として正しいものを。 次の0~6のうちから一つ選べ。 15 Td Td 3Td 0 2T の 2Td T の 3Td T 2T T F000000

これってつまり、ある変数xの2回微分が-kxの形になってたら、xは単振動の式になるってことですか？ なんかボヤーとしか掴めてないので、これに関して繋がった補足があれば教えて欲しいです🙇‍♀️

が得られる。ここで,{ = 4 であることから,g'は At di mCBlv. m+ 2CB°{2 Qx d'q m+ 2CB?¢? mLC - a ニー dt? dt を満たし、 Murx ーkx= にレメで3 Qx mCBlvo 9。 m+ 2CB?? を振動の中心として, 角振動数wが、 ということ? m+ 2CB222 W= mLC の単振動をすることがわかる。したがって, その周期 Tは, T= 27 |2元。 mLC ………[ヲの答) 三 m+ 2CB?(? となる。

波の式 65の(3)の位相の中身が逆になってしまいました、、、 3枚目と同じ考え方で3枚目と同じ式を立ててしまいました、、、どこが65とは違いますか？？？ (枚数制限のため自分の書いた式載せられませんすみません。)

問3 図1に示した各点A, B, C, Dのうち,時刻=0 において気体が最も密な点 長入よりも十分小さいとする。このとき,木の葉はどのように運動するか。 *で波とともに進む。 ふも 一問2 媒質の振動が2軸の正の向きに速さ 20m/s で伝わる振幅 Aの波(正弦液)を考 える。図は時刻=0s における媒質の変位と位置rの関係を表すグラフである。位 置ォ=55m での変位が時間」とともにどのように変化するかを表す図として助も着 EDE 第3章 波 第3章 波 。 ら 波の伝わり方 S1 の リ=Asin |2(+ 0 y=Asin ソーAsin| 2m(チー) **65 (8分12点】 国 す など き ン.: 0 周期子で振動するが, 波とともには進まない。さ漫動するは 気体の変位 *66 (8分12点】 表したグラフであ。 ラフであ。 2 周期一で振動しながら速さ A B C D/ 70.8 0 0.4 周期 4 周期とで振動しながら,速さAで波とともに進む。 図1 O1 気体の変位 ている。 ;この音波の速度はいくらか。ただ A 波 を表すグラフであ とするかを表す国として .軸の正の方向の速度を正とする。 0 2×10 4×10° at[s] 当なものを一つ選べ。 m/s 3 2 -400 6 400 -200 図2 0 -800 6 800 200 -io O 10 20 30 A0 50(m) 等しいか。 0 A 2 B C M MAAA. はどこか。 0 2 Ar C @ D C H00 0 A 2 B |0.5 0 t[s] 2.0 0.5/ 1.5/ 1.0 X00 00 1.0 80 206) 0 000- 0 0 A Cm 000 00 0 05 10 1.5/ 20s) 0 10.5 t [s) 1.0/1.5 2.0° 00 -A