(3)から(7)まで解き方がわからず困っています よろしくお願いします

第五問 振動問題に関して以下に答えよ。 (1) 質量m[kg]のおもりをばね定数k=25[N/m] のおもりにつけ、 図のようにsina=0.2となる斜面に 横たえた。 初め､斜面とおもりの間に摩擦が働かないとして､ 図のようにx軸を取った時の運動 方程式を求めよ。 なお、原点は釣り合い位置 (平衡点) に取る者とする。 (2) 上記から重力、 垂直抗力、 ばね力しか働かない場合の運動は質量m、 ばね定数kの通常の振動と 全くおなじになることがわかる。 この振動周期を求めよ。 (3) 時刻 (2/15) [s]においておもり位置がx=4[cm]、速度がv=-0.15[m/s]だったとしておもり位 置xを時間の関数x(n)として表せ。 (4) この振動系の全ポテンシャルエネルギー 位置エネルギーとばねの弾性エネルギーの和) を求めよ。 (5) 上記と力学的エネルギー保存則を用いて(3)の振動の振動振幅 x と､ 速さの振動振幅で。 (つまり平衡点通過時の速さ) を求めよ。 (6) 今度は大きさ1[N] の動摩擦力を生じる斜面に取り換えた。 2000000000 残りの条件は同じとし、おもりを平衡位置から10cmまで引っ張った後静かに手放した。 するとばね が縮んだ時点でおもり速度が0[m/s] になった。 」を求めよ。 (7) その後、 おもり運動がどうなるか､ 考察せよ。

【途中計算】どうやっても答えが合いません。何が違うんですか？丸しちゃってるのは間違えて丸つけちゃいました。どなたか教えてください！

165 きさをv[m/s] とすると, 力学的エネル ギー保存の法則より, 無限遠点を万有引力による位置エネル ギーの基準点として, ① ② より G, M を消去して、 ひ= +(-G Mm) = 1/2 mx 0 + (-G_Mm R+3RT mv² + 2² ≒9.7×10°[m/s] 2 (2) 無限遠点まで到達すれば、地球の重力は及ばなくなる。無 限遠点での万有引力による位置エネルギーはOLだから, 求 める初速度の大きさを〔m/s〕 とすると, (1) と同様に考えて, 3gR 2 /3×9.8 x (6.4×10°) 1/2 mv ² + ( - G Mm) = 1/2 m² ²) = 1/2m x 0² +0 R ③より,G, M を消去して び =√2gR=√2×9.8 x (6.4×10) = √22 ×7²×82 × 104 = 1.12×10=1.1×10^[m/s] ゆえに, v2 (3) 2GM 72 1^2 解説 (1) ケプラーの第2法則(面積速度一定の法則)より, 一元 r1 1/1/nor = 7/1/2 12 (2) 惑星の質量をmとすると, 力学的エネルギー保存の法則 より 無限遠点を万有引力による位置エネルギーの基準点と して, 1/2 mv ² + ( - G 2 ひ (2) vi²+2GM = 202 ゆえに, v2 Mm/ 12 u2+2GM (11) (p<0は不適) 2 (3) (1)2)の結果より, v2 を消去すると, -(-GMm) 1 = 2 mv₂² + -(-6 ・G 11 20₁= √0₁² + 2GM ( + 2 = 1 ) 12 12 ri (ritr₂) mv² + 2 =一定 165) セ (1) 面積 星を結ぶ 向と惑星 角が0の場 (面積 0=90° ri (面積 THE V₁ = 12 両辺2 整理す (r₁² - r₂²) 1₁ 1₂ = (n+1₂) よって

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165 きさをv[m/s] とすると, 力学的エネル ギー保存の法則より, 無限遠点を万有引力による位置エネル ギーの基準点として, ① ② より G, M を消去して、 ひ= +(-G Mm) = 1/2 mx 0 + (-G_Mm R+3RT mv² + 2² ≒9.7×10°[m/s] 2 (2) 無限遠点まで到達すれば、地球の重力は及ばなくなる。無 限遠点での万有引力による位置エネルギーはOLだから, 求 める初速度の大きさを〔m/s〕 とすると, (1) と同様に考えて, 3gR 2 /3×9.8 x (6.4×10°) 1/2 mv ² + ( - G Mm) = 1/2 m² ²) = 1/2m x 0² +0 R ③より,G, M を消去して び =√2gR=√2×9.8 x (6.4×10) = √22 ×7²×82 × 104 = 1.12×10=1.1×10^[m/s] ゆえに, v2 (3) 2GM 72 1^2 解説 (1) ケプラーの第2法則(面積速度一定の法則)より, 一元 r1 1/1/nor = 7/1/2 12 (2) 惑星の質量をmとすると, 力学的エネルギー保存の法則 より 無限遠点を万有引力による位置エネルギーの基準点と して, 1/2 mv ² + ( - G 2 ひ (2) vi²+2GM = 202 ゆえに, v2 Mm/ 12 u2+2GM (11) (p<0は不適) 2 (3) (1)2)の結果より, v2 を消去すると, -(-GMm) 1 = 2 mv₂² + -(-6 ・G 11 20₁= √0₁² + 2GM ( + 2 = 1 ) 12 12 ri (ritr₂) mv² + 2 =一定 165) セ (1) 面積 星を結ぶ 向と惑星 角が0の場 (面積 0=90° ri (面積 THE V₁ = 12 両辺2 整理す (r₁² - r₂²) 1₁ 1₂ = (n+1₂) よって

【途中計算】どうやっても答えが合いません。何が違うんですか？丸しちゃってるのは間違えて丸つけちゃいました。どなたか教えてください！

165 きさをv[m/s] とすると, 力学的エネル ギー保存の法則より, 無限遠点を万有引力による位置エネル ギーの基準点として, ① ② より G, M を消去して、 ひ= +(-G Mm) = 1/2 mx 0 + (-G_Mm R+3RT mv² + 2² ≒9.7×10°[m/s] 2 (2) 無限遠点まで到達すれば、地球の重力は及ばなくなる。無 限遠点での万有引力による位置エネルギーはOLだから, 求 める初速度の大きさを〔m/s〕 とすると, (1) と同様に考えて, 3gR 2 /3×9.8 x (6.4×10°) 1/2 mv ² + ( - G Mm) = 1/2 m² ²) = 1/2m x 0² +0 R ③より,G, M を消去して び =√2gR=√2×9.8 x (6.4×10) = √22 ×7²×82 × 104 = 1.12×10=1.1×10^[m/s] ゆえに, v2 (3) 2GM 72 1^2 解説 (1) ケプラーの第2法則(面積速度一定の法則)より, 一元 r1 1/1/nor = 7/1/2 12 (2) 惑星の質量をmとすると, 力学的エネルギー保存の法則 より 無限遠点を万有引力による位置エネルギーの基準点と して, 1/2 mv ² + ( - G 2 ひ (2) vi²+2GM = 202 ゆえに, v2 Mm/ 12 u2+2GM (11) (p<0は不適) 2 (3) (1)2)の結果より, v2 を消去すると, -(-GMm) 1 = 2 mv₂² + -(-6 ・G 11 20₁= √0₁² + 2GM ( + 2 = 1 ) 12 12 ri (ritr₂) mv² + 2 =一定 165) セ (1) 面積 星を結ぶ 向と惑星 角が0の場 (面積 0=90° ri (面積 THE V₁ = 12 両辺2 整理す (r₁² - r₂²) 1₁ 1₂ = (n+1₂) よって

3番の問題です 斜方投射と見立てて解くことはできないのでしょうか？

60 第1編■力と運動 118 力学的エネルギーの保存■ 図のような, 表面のなめらかな曲面の最下点Bからの高さ 1.60 mの点Aから, 初速度0で小球をすべらせる。 重力 加速度の大きさを9.8m/s² とする。 (1) 小球がBを通る瞬間の速さは何m/sか。 (2) 小球はBからの高さ 1.20mの点Cから飛び出す。 Cから飛び出す瞬間の速さは何m/sか。 ◆ (3) Cにおける接線が水平面となす角が60° であるとすると, 小球がCから飛び出した 後の軌道の最高点はBから何mの高さのところか。 例題 25 26,27 1.60m B C 1.20m 60°

【公式使う計算】公式当てはめてもこんなものになりません。角幅動数って2π/T、2πfしか教科書に載ってないんですが、どれを当てはめてもこれになりません。どういうことですか？

7 摩擦のある運動 ばね定数kの軽いばねの一端 質量mの物体を取りつけ、 あらい水平面上に置き, ねの他端を壁に取りつけた。 ばねが自然の長さのと の物体の位置を原点として、図のように軸を り、力の正の向きは、軸の正の向きとする。重力加速度の大きさを物体と水平面 その 間の動摩擦係数 とする。 物体をx軸の正の向きに引き, ある位置で物体を静かにはなすと, 物体は動き始め, 質量 時間がれだけ経過したとき速度が初めて0になった。 この間, 物体の位置がでのとき 物体にはたらく力の水平成分Fはいくらか。 する。 (1) のときはいくらか 力の (ust 48 重なった2物体の単振動図のように、ばね定 kのばねのつながった質量Mの平らな台がなめら ・な水平面上にあり, 台の上には質量mの物体が置 れている。 ばねの他端は壁に固定されており, 台を 平に振動させることができる。 台を水平に引っ張り ばねが自然の長さからdだけ びたところで台を静かにはなしたところ, 物体は台の上ですべることなく,台と一体 こいくらされて らの伸なって振動した。台と物体の間の静止摩擦係数をμ,重力加速度の大きさをgとする。 42,43. この振動の周期を求めよ。 0000000000 0 0 台 振らせる 小物体 m M ばね k voo 49 初期位相がある単振動 なめらかな水平面上に 質量 m の小球を置いてばね定数kの軽いばねの一端0000000000〇 自然の長さ を接続し ばねの他端を壁に固定する。 ばねが自然の さのときの小球の位置を原点Oとして、図の右向 きに軸をとる。 速度の正の向きは,x軸の正の向きとする。 時刻 t=0 に, 原点Oにある小球に初速度4 (v>0) を与えたところ、小球は単振動 を行った。 単振動の振幅 A をk.m.vo を用いて表せ。 この ・センサー2) (1) のとき、小球の単振動の角振動数を①として,時刻t における小球の座標をA. wtを用いて表せ。 -] のおも3) 小球を一度静止させてx=A の位置まで移動し、静かにはなすと小球は角振動数の 水平面に対する台の速さの最大値を求めよ。 振動中にばねの伸びが」となった瞬間の、物体にはたらく摩擦力の大きさを求めよ。 振動中に小物体が台の上ですべらないためのdの最大値を求めよ。 1~④のの単振動を行った。 小球をはなした時刻をt=0として,時刻における小球の座標 をA, w, tを用いて表せ。 4) (3)のとき、小球が原点を通過するときの速さを Vとする。 時刻t における小球の 速度をV, w, tを用いて表せ。 92 10 10 単振動 89

【公式使う計算】公式当てはめてもこんなものになりません。角幅動数って2π/T、2πfしか教科書に載ってないんですが、どれを当てはめてもこれになりません。どういうことですか？

7 摩擦のある運動 ばね定数kの軽いばねの一端 質量mの物体を取りつけ、 あらい水平面上に置き, ねの他端を壁に取りつけた。 ばねが自然の長さのと の物体の位置を原点として、図のように軸を り、力の正の向きは、軸の正の向きとする。重力加速度の大きさを物体と水平面 その 間の動摩擦係数 とする。 物体をx軸の正の向きに引き, ある位置で物体を静かにはなすと, 物体は動き始め, 質量 時間がれだけ経過したとき速度が初めて0になった。 この間, 物体の位置がでのとき 物体にはたらく力の水平成分Fはいくらか。 する。 (1) のときはいくらか 力の (ust 48 重なった2物体の単振動図のように、ばね定 kのばねのつながった質量Mの平らな台がなめら ・な水平面上にあり, 台の上には質量mの物体が置 れている。 ばねの他端は壁に固定されており, 台を 平に振動させることができる。 台を水平に引っ張り ばねが自然の長さからdだけ びたところで台を静かにはなしたところ, 物体は台の上ですべることなく,台と一体 こいくらされて らの伸なって振動した。台と物体の間の静止摩擦係数をμ,重力加速度の大きさをgとする。 42,43. この振動の周期を求めよ。 0000000000 0 0 台 振らせる 小物体 m M ばね k voo 49 初期位相がある単振動 なめらかな水平面上に 質量 m の小球を置いてばね定数kの軽いばねの一端0000000000〇 自然の長さ を接続し ばねの他端を壁に固定する。 ばねが自然の さのときの小球の位置を原点Oとして、図の右向 きに軸をとる。 速度の正の向きは,x軸の正の向きとする。 時刻 t=0 に, 原点Oにある小球に初速度4 (v>0) を与えたところ、小球は単振動 を行った。 単振動の振幅 A をk.m.vo を用いて表せ。 この ・センサー2) (1) のとき、小球の単振動の角振動数を①として,時刻t における小球の座標をA. wtを用いて表せ。 -] のおも3) 小球を一度静止させてx=A の位置まで移動し、静かにはなすと小球は角振動数の 水平面に対する台の速さの最大値を求めよ。 振動中にばねの伸びが」となった瞬間の、物体にはたらく摩擦力の大きさを求めよ。 振動中に小物体が台の上ですべらないためのdの最大値を求めよ。 1~④のの単振動を行った。 小球をはなした時刻をt=0として,時刻における小球の座標 をA, w, tを用いて表せ。 4) (3)のとき、小球が原点を通過するときの速さを Vとする。 時刻t における小球の 速度をV, w, tを用いて表せ。 92 10 10 単振動 89

物理基礎【ばね振り子】 なぜここがマイナスになるのでしょうか？

動の式 2 p.85 wt=-w²r ーる。 36 10 例題 34 ばね振り子 軽いばねの一端を固定し、 他端に質量 0.10kgのおも りをつるすと, 自然の長さから 0.050m だけ伸びてつ り合った。このばねを自然の長さにしておもりを支え, 静かに手をはなした。 重力加速度の大きさを9.8m/s2, を3.14 とする。 ●センサー 41 つり合いの位置をx=0 に とり,任意の変位にお いて物体にはたらく合力が F=-Kxの形で表される 復元力なら, その物体は単 振動する｡ ●センサー 42 小さな振幅で往復するものは,たいてい単振動とみなせる。 ばね振り子の周期 m T=2π k 水平方向, 鉛直方向, 斜面 方向のいずれの振動でも同 じ式で表すことができる。 (1) このばねのばね定数k [N/m〕 はいくらか。 (2) つり合いの位置から 〔m〕 だけばねが伸びたとき, おもりにはたらく力の合力F[N] はいくらか。 ただし, 鉛直下向きを正とする。 また,このような力がはたらくときの運動の名称を答えよ。 (3) おもりの振動の周期 T〔s] と振幅A〔m〕 はいくらか。 (4)ばねが自然の長さから0.020m だけ伸びたとき, おもりの加速度の大きさ a [m/s2] はいくらか。 センサー 43 単振動の加速度αは,中心 (つり合いの位置) でα=0 両端で大きさが最大となり, a= ± Aw² (5) ばねが自然の長さから 0.050m だけ伸びたとき, おもりの速さv[m/s] はいく らか｡ ●センサー 44 単振動の速度では,中心 (つり合いの位置)で大きさ が最大となり, v=Aw 両端でv=0 第Ⅰ部 様々な運動 解答 (1) おもりにはたらく重力 と弾性力のつり合いより, 0.10×9.8-kx 0.050 = 0 したがって k=19.6=20[N/m〕 (2) F=0.10×9.8 - 19.6× (0.050+x) = -19.6 x 〔N〕 変位の大きさに比例し,変位と 逆向きにはたらく力を復元力と いう。 復元力がはたらくとき 物 体は単振動をする。 (3) T=2π 0.050m m k ≒2×3.14× 144 1510 3.14 7 0.050 m 自然の つり合いの 位置 0.050 m Step 2 名前 139 単振動次の 単振動は,一般に て表される。円の半 のときの物体の位置 クリーン上の座標 におけるスクリーン a とすると, v= る。 またェが正に Aを ⑧ ωを ような ⑩0]力が いて T = ①1 と 弾性力 k×0.050 〔N〕 10.10 19.6 V = 0.448... 0.45 〔s〕 振幅は単振動の中心と端の間の距離で表されるので、 A = 0.050〔m〕 (4) このとき,r=-0.030[m] である。 ---- 自然の長さ 原 必解 140 単振動 時刻 t=0[s] のと x=0.10〔m〕 の位置 (1) この単振動の (2) この単振動の (3) この単振動の つり合いの位置 重力 0.10×9.8N ・弾性力 k (0.050+x) (N) 自然の長さ つり合いの位置 →解 重力 0.10×9.8N 2π また, w = - =14〔rad/s] T したがって,a=|-ωより a=|-142×(-0.030)|=5.88=5.9〔m/s']| (5) 力のつり合いの位置では, 速さは最大になっており、 別解力学的エネルギー保存の法則で求めることもできる。 v=Awで表される。 したがって, v=0.050×14=0.70[m/s] 141 単振動の周 中心から0.10 m 3.14 とする (1) この単振動 (2) この単振動 142 水平ばね をつけた水平 もりを水平面 りは単振動し (1) この単振 (2) この単振 (3) この単 (4) おもりの (5) おもりの 140 142

(b)からが分からないのですが、x1,x2を求めるためにx(t)はtで微分すればx1,x2も求まりますか？

5. ポテンシャルエネルギーUがU(2) 考えてみよう。 ただし、 時刻 10 22 ² であるときの質量mの質点の一次元運動を、力学的エネルギー保存則から (0) 速度(V) であったとする。また= 0とする。 dr (4) エネルギー保存則より、速度 位置の関数として求めよ。 (b) この質点の運動範囲を (0)とする。 を求めよ。 (e)から12まで移動するのに要する時間をTとする。 途中20であることに注意して、よりを めよ。 ヒント: de は sineと変数変換すると良い。 (d) 42で折り返した後からに運動するのに要する時間T) は、 Ta となることを説明せよ。 よって、この 周期運動の周期は27 であることがわかる。 dt. (e) t=0 の速度が正のとき､t>0で最初にv=0となる時刻をもとする。 0ccもの(1) を関係式曲 から求めよ。 (a) Imu^² + +mw²x² = {my² +mw²x Fl 2₁ ²²² = V₁² ²² =W²³² x ²² U = = ± √ u²³²+w²x;-w"x" (1) Oktme²=T FY, U(X) = E {1x² = {mei² + Ine²x²

(b)からが分からないのですが、x1,x2を求めるためにx(t)はtで微分すればx1,x2も求まりますか？

5. ポテンシャルエネルギーUがU(2) 考えてみよう。 ただし、 時刻 10 22 ² であるときの質量mの質点の一次元運動を、力学的エネルギー保存則から (0) 速度(V) であったとする。また= 0とする。 dr (4) エネルギー保存則より、速度 位置の関数として求めよ。 (b) この質点の運動範囲を (0)とする。 を求めよ。 (e)から12まで移動するのに要する時間をTとする。 途中20であることに注意して、よりを めよ。 ヒント: de は sineと変数変換すると良い。 (d) 42で折り返した後からに運動するのに要する時間T) は、 Ta となることを説明せよ。 よって、この 周期運動の周期は27 であることがわかる。 dt. (e) t=0 の速度が正のとき､t>0で最初にv=0となる時刻をもとする。 0ccもの(1) を関係式曲 から求めよ。 (a) Imu^² + +mw²x² = {my² +mw²x Fl 2₁ ²²² = V₁² ²² =W²³² x ²² U = = ± √ u²³²+w²x;-w"x" (1) Oktme²=T FY, U(X) = E {1x² = {mei² + Ine²x²