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物理 高校生

(2)のΔl-xになぜなるのかがわかりません

振野り 発展例題 A m 図のように,ばね定数kの軽いばねの下端を固定し, 上端に質量Mの 水平な台Bを取りつけ,その上に質量Mの物体Aをのせた装置がある。 物体Aと台Bを,つりあいの位置を中心に鉛直方向に単振動をさせる。 このとき,物体Aが台Bからはなれることがないとすると, AとBは同 じ単振動をする。重力加速度の大きさをgとして, 次の各間に答えよ。 (1) 装置全体がつっりあいの状態にあるとき,自然長からのばねの縮み 41はいくらか。 (2) 台Bとともに単振動をしている, 物体Aの加速度aはいくらか。鉛直上向きを正, Aのつりあいの位置からの変位をxとして,加速度aをxの関数として表せ。 (3) 台Bが物体Aを押す力げを, Aのつりあいの位置からの変位xの関数として表せ。 (4)台Bが最高点に達したとき, 台Bが物体Aを押すカ子がちょうど0になったとする。 このときの単振動の振幅 ro を, M, m, k, gを用いて表せ。 (5)台Bをつりあいの位置から/2 ro だけ押し下げ, 静かにはなすと, 物体Aは, つり あいの位置からの変位がx, のところで台Bからはなれた。変位x1,およびそのとき の物体Aの速さを, M, m, k, gを用いてそれぞれ表せ。 B M k (京都産業大 改) (3) Aが受ける力は, 図の ように示される。 Aの運動 Af A (1) 装置全体について, 力のつり 指針 あいの式を立てる。 (2) A, Bが一体となって運動しているので, A とBを一体とみなして運動方程式を立てる。 (3)(4) Aにはたらく力を考え, Aについての運 動方程式から,カfを求める。(4)では, (3)の 結果を利用する。 (5) AがBからはなれるのは, f==0のときであ る。また,単振動におけるエネルギー保存の法 則では,運動エネルギーと復元力による位置エ ネルギーの和は一定である。復元力による位置 エネルギーは,つりあいの位置からの変位xを 用いて, kx?/2 と表される。 解説 方程式を立てると, B mg ma=f-mg f=m(g+a) S k m(g-M+m*) (4) このとき,Aは振動の端に達しており, (3) の式でx=roのとき, f=0になったと考えら れる。 0=m(g-M+m) k M+m ro= k (5) AがBからはなれるのは, f=0になるとき である。(4)の結果から, 変位x, は, (1) 装置全体 の力のつりあいから, kAl-(M+m)g=0 ARAI A M+m k X」=ro= B mg Mg はなれたときのA, Bの速さをvとする。 Bを V2 ro だけ押し下げてはなした直後と, AとB がはなれるときとでは, AとBの単振動のエネ ルギーの和は保存される。単振動におけるエネ ルギー保存の法則を用いると, A= M+m k (2) AとBを一体とみなす と,変位xのときに受ける 力は,図のように示される。 一体とした運動方程式を立 k(A1-x) A B mg Mgと ら(Z r=kx+(M+m)が てると, (M+m)a=k(4lーx)- (M+m)g X,と roに値を代入して, ひを求めると、 kAl-(M+m)g=0を用いて, a=- k M+m g リ= M+m k 第1章一

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物理 高校生

7番以降の計算が難しくて困っています💦 どのような考え方で式を導けば良いか教えて下さると嬉しいです! よろしくお願いします🙇🏻‍♀️

の加速度(大きさをAとおくはX軸の正の向きをもつから, 慣性力の大きさは A 8.[1994 法政大] 次の文の 口に入れるべき式または語を答えよ。 図のように,頂角0の直角三角形を断面と する物体 M(質量 M)が水平面上にある。 M の斜面上に物体(質量 m)をのせたところ m はすべり落ち始め, 同時に Mも水平面上 をずべり始めた。この運動について調べよう。 ただし, 重力加速度の大きさをgとし, 摩擦 力は無視する。m の運動に対してはMの斜 面に固定されたxy座標を用い, M の運動に は水平面に固定された XY座標を用いる。 運動する xy座標で観測したとき, m は、里力, Mからの垂直抗力(大きさをNとお Y t m M 0 g く)および慣性力(大きさを Kとおく)を受けて運動すると考えることができる。M を用いて,K=1] であり, 向きはX軸の2 の向きとなる。したがって慣性 x成分は -Kcos0, y成分は Ksin0 となる。 mの加速度の x, y成分をそれぞれa, @yと表すと, mのx軸方向, y軸方向の 運動方程式は,それぞれ次式となる。 カの ma,= 3 ma, 4 mは斜面から浮き上がらないがら, a-L5)でなければならない。 Mは, m に与える垂直抗力の反作用と重力とを受けて運動する。XY1座標で Mの 運動を表せば,X軸方向の運動方程式は次式となる。 MA=[6 ] これらの式からNとKを消去すれば, M の加速度は A=_7]と求まるから, m の運動は,a,= 8 の等加速度運動であることがわかる。

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