解説では、遠心力で考えていますが向心力で考えた時の途中式を教えてください。

発展例題16 斜面上の物体と慣性力 図のように,摩擦のない溝がある, 水平面となす角が0の斜面 回転軸 をもつ台を点Qを通る鉛直な軸のまわりに一定の角速度で回転 ) させる。質量mの物体が、回転軸から距離rの点Pに置かれてい るとき, 物体がすべり落ちないための最小の角速度を求めよ。 た支 だし,重力加速度の大きさをgとする。 指針 台とともに回転する座標系 (観測者 の立場) を基準に考える。 物体には,重力, 垂直抗 力, 遠心力がはたらき, 垂直抗力 最小の角速度では,そ れらの力はつりあって いる。 mg sin 10 mrw² coso 遠心力 mrw² -mg mg sin0 — mrw² cos0=0 JERN @= 解説 求める角速度をωとする。 台ととも に回転する観測者には,物体に図のような力がは たらくように見える。 斜面に平行な方向の力のつ L (D) TE 111 りあいから, g 8. 円運動 103 20 発展問題 215, 216 -tan0 P 第Ⅱ章 力学Ⅱ

円運動についてなのですが、回転する粗い円盤上に小物体が乗っている時、なぜ物体に働く静止摩擦力が向心力として働くのですか？ 速度は円運動する円の接戦方向に働いているので、もし最大静止摩擦力が働くほど回転速度を大きくしたら接戦方向に物体は飛ぶとイメージしてるのですが、違うのです... 続きを読む

この問題の答えと解き方を教えていただきたいです

質量Mの太陽のまわりを回っている質量mの小惑星がある。 図のように,この 小惑星および地球の公転軌道は円とみなすことができ, その公転半径はRP, RE である。 ケプラーの3法則および万有引力の法則を用いてつぎの問いに答えよ。 ただし、太陽の万有引力のみを考慮し、他の惑星の影響は無視してよい。 万有 引力定数をGとする。 ケプラーの3法則はつぎのとおりである。 第1法則: 惑星は太陽を焦点とする楕円軌道を描く。 第2法則: 惑星と太陽とを結ぶ線分が単位時間に掃引する面積(面積速度) は惑星の軌道上あらゆる点で一定である。 第3法則: 惑星が太陽のまわりを回る周期の2乗は, 楕円軌道の長半径の3 乗に比例する。 その比例定数は惑星によらず 一定である。 (a) 小惑星の速さ VoをG, M, Rp で表せ。 〔A〕 図のように質量m', 速さVの小物体が 小惑星の軌道の接線方向から飛んで来 て、点Pで小惑星に正面衝突して一体 となった。 小惑星の公転の向きは変わら なかったが, 小惑星の公転軌道は楕円となった。 近日点における太陽との 間の距離は地球公転軌道半径RE に等しく, 遠日点における太陽との間の 距離はもとの公転軌道半径RPに等しかった。 つぎの問いに答えよ。 (b) 衝突直後の小惑星の速さ, um, m', Vo, V を用いて表せ。 (c) 衝突後,太陽からの距離にあり、速さVで楕円運動している小惑星の力 学的エネルギーEをm, m',r, V, G, M を用いて表せ。 ただし, 位置エネルギー は無限遠方をゼロとする。 m'V' 小物体 Rr P(遠日点) 地球 RE 太陽 近日点 Vo m 小惑星 (d) 小惑星の近日点における速さと遠点における速さとの比um/mを求めよ。 (e) uG, M, RE, Rp を用いて表せ。 〔B〕 RP が RE の3倍であるとき, つぎの問いに答えよ。 ただし、1年は3.14×10秒 地球の公転軌道半径は1.50×10km とし, 有効数字2桁で答えを求めよ。 (f) 遠点における小惑星の速さは,衝突前の小惑星の公転速度Vの何倍 であるか。 また, は秒速何km か (g) 衝突後,小惑星が最初に近日点にやってくるのは何年後か。 〔東京工大〕

なぜ、速度と垂直な向きに力が加わるとその物体は円軌道を描くのですか？

B 磁界中の荷電粒子の運動 磁界中の荷電粒子は, ローレンツ力を受けてどのように運動をするのか (exs- を考えてみよう。 磁束密度B [T] の一様な磁界中に, 電気量 g 〔C〕 (g>0)の荷電粒子が, 磁界の向きと垂直に速さ [m/s]で入射したとする。 このとき, 荷電粒子 は運動方向に垂直な向きに大きさ quB〔N〕のローレンツ力を受ける。その ため、荷電粒子の速度は、図16のよう に向きが変化する。 また, ローレンツ力 は常に速度の向きに垂直にはたらくので, 荷電粒子に仕事をしない。 よって, 荷電 粒子の速さは変わらず, 速度の向きだけ が変化する。 すなわち, 常に速度の向き と垂直に一定の大きさの力がはたらくの で、荷電粒子の運動は,ローレンツ力が 向心力となり, 等速円運動をする。 V g+ qvB 190B BO ①図 16 磁界中の荷電粒子の運動 (g>() の場合) 5

94 ゆってる事は理解できるんですが、 （1）でなぜ（2）と同じ答えにならないんですか？ 問題文にも向心力は万有引力として働くと書かれてるから（2）と同じく万有引力の大きさを求めるのかと思いました

94. ケプラーの法則と万有引力の法則• 月は地球を中心とする半径rの円軌道を描 くとして, 月の公転周期Tとの関係を求めてみる。 月が円軌道を描くための向心力は 地球と月との間の万有引力である。 地球と月の質量をそれぞれ M. m 月が地球を回る 角速度を、万有引力定数をG とする。 (1) 月が等速円運動するのに必要な向心力の大きさF を求めよ。 (2) 月にはたらく万有引力の大きさ F2 を求めよ。 (3) 周期Tと半径r との関係として、7 M で表せ。 例題18 をG, M m

この問題では、向心力はないのですか。

発展例題19 円錐容器内の運動 z軸を中心軸とする頂角20の円錐状の容器がある。 容器の内 側に質量mの小球があり, 容器の底にある小さな穴を通して, 質 量Mのおもりと糸で結ばれている。 小球は,穴から円錐の側面に為 沿って距離Lの位置を保ち、 容器内のなめらかな斜面上を速さひ で等速円運動しており, おもりは静止している。 糸と容器との間 に摩擦はなく,重力加速度の大きさをg とする。 小球の速さひ を m, M, L, 0, g を用いて表せ。 (筑波大) 指針 小球とともに回転する観測者には, 距離Lが一定なので,小球は,重力,糸の張力, 垂直抗力,遠心力を受けて, 力がつりあって静止 しているように見える。 円錐の側面に沿った方向 の力のつりあいの式を立てる。 なお, 静止した観 測者には,小球は重力, 糸の張力,垂直抗力を受 けて,等速円運動をするように見える。 解説 小球とともに回転する観測者を基準 に考えると, 小球には図のような力がはたらく。 糸の張力は, おもりが受ける力のつりあいから, biant Mg である。円運動の半径 垂直抗力 はLsind なので,遠心力 の大きさはmv²/ (Lsine) となる。 円錐の側面に沿っ m 発展問題 211, 216 z (S) た方向の力のつりあいから, Mg vo² 2 L sine sine 10 -mg cose-Mg=0 Vo=. IO L m (1) OM (M+m cos0) g m m Vo 2 vo² Lsine sin 2 vo² Lsine m mg M mg cose

(2)についてわからないところがあります。 mg•tanθ=mg•(√l’^2-l^2)/lのmg•(√l’^2-l^2)/lはどこからきたのですか。

203. 円錐振り子 自然の長さ ばね定数kの軽いばね の一端を天井に固定し、 他端に質量mのおもりをとりつけ る。 図のように, 天井からの距離が1の水平面内で,おも りを等速円運動させた。 重力加速度の大きさをgとして 次の各問に答えよ。 HOME 000000000000000000000) ľs (1) ばねの長さを, k, l, m, g を用いて表せ。 (2) 等速円運動の角速度と周期を, l, g を用いてそれぞ れ表せ。 例題28 ヒント (1) ばねの弾性力の大きさはk(U-1)であり,この力の鉛直成分と重力がつりあっている。 m

(1)なのですが、解いたらmg/cosθになりました。 なぜmgcosθになるのですか？

[生 a 136 AGA [知識] 213. 鉛直面内の円運動 長さLの糸の一端に質量mのおも りをつけ,他端を点0に固定して, 振り子とする。糸が鉛直 方向と角0をなすように, おもりを点Aまでもち上げ, 静か にはなした。 おもりの最下点をB, 重力加速度の大きさをg として,次の各問に答えよ。 (1) おもりをはなした直後の糸の張力の大きさはいくらか。 (2) 最下点Bにおけるおもりの速さはいくらか。 (3) 最下点Bにおける糸の張力の大きさはいくらか。 ヒント (1) このとき, おもりの速さは0なので, 向心力は0 となる。 (3) おもりは,重力と糸の張力の合力を向心力として円運動をする。 0 0 IB L 例題29 VIS m A 例題30

どうして、最大摩擦力を向心力として等速円運動するのですか。

202. 摩擦と向心力粗い回転盤の上で,回転軸からの 距離が10cmのところに物体を置き, 円盤の回転数をゆ っくりと大きくしていくと, 毎分60回転をこえたとき, 物体がすべり始めた。 重力加速度の大きさを 9.8m/s² として、物体と回転盤の間の静止摩擦係数を求めよ。 ヒントすべり始める直前で、物体は,最大摩擦力を向心力として等速円運動をしている。 LON 作 303 MAHE67 10cm D FRE 例題26 ALBERTILL

（5）どう考えたら解説の式になるんですか？ 教えて欲しいです

B リード C 基本例題 12 等速円運動 >>44,45,47,48 なめらかな水平面上の点に、長さ0.50mの軽い糸の一端を固定し、他端に質量 1.0kgの物体をつけ, 速さ 2.0m/s の等速円運動をさせた。 (1) 等速円運動の周期 T [s] を求めよ。 (2) 物体の角速度 の [rad/s] を求めよ。 (3) 物体の加速度α [m/s'] の向きと大きさを求めよ。 (4) この運動を続けるのに必要な向心力 F〔N〕 の向きと大きさを求めよ。 (5) 糸が18Nまでの張力に耐えられるとするとき, 最大の角速度' [rad/s] を求めよ。 脂糸の張力が等速円運動の向心力の役割をしている。 2πr 緊習 (1) 等速円運動の周期の式 「T= V 第4章●等速円運動慣性力 31 より T 2×3.14×0.50 2.0 -1.6s (2) 等速円運動の速度の式 「v=yw」より -=4.0rad/s 2.0 V r 0.50 (3) 等速円運動の加速度の式「α=rω°」 より α = 0.50×4.02-8.0m/s2 KKS 向きは円の中心点0を向く。 (5) 角速度が最大のとき F=mrw=18 が成りたつ。 〈物体 向きは円の中心点0を向く。 (4) 等速円運動の向心力の式「F=mrw²」より F = 1.0×0.50×4.0² = 8.0N 2.0m (5 Somat F=1.0×0.50×⑦=18 よって 36 ゆえにω'=60rad/s 5 "L 1