ただの興味本位ですが、ここの(2)で観測者を「リフトの外にいる人」として設定するとどうやって解くんでしょうか！

第4章 等速円運動・慣性力 35 54 慣性力 リフトの中に質量mの小球が, 天井から軽い糸で つるされている。このリフトを上向きの加速度αで上昇させた。 リ フトの床から小球までの高さをん, 重力加速度の大きさをg とする。 (1) 糸が小球を引く力の大きさSを,m, g, a を用いて表せ。 (2) 糸が突然切れたとする。 糸が切れてから, 小球がリフトの床に 当たるまでの時間を,g, a, hを用いて表せ。 例題 12 h a m

(3)tanθ=ma/mgになるのはなぜですか？

基本例題33 電車の中の単振り子 基本問題232 234 長さLの糸の一端に質量mのおもりをつけて,これを電車の天井につるして単振り子 とする。 重力加速度の大きさをg として 次の各問に答えよ。 (1) 電車が水平方向に速度で走行している状態で, おもりを電車に対して静止させ おもりにはたらくが たとき,糸はどの方向になるか。 Forfashhat (1)の状態で,単振り子を小さく張らせたときの周期はいくらか。 (3) 次に, 図のように, 電車が水平方向に大きさαの 一定の加速度で走行しているとする。おもりが単振 小生も加わる 動の中心にあるときの, 糸と鉛直方向とのなす角を 0 とすると, tan はいくらか。 (4) (3)での単振り子の周期を, L, g, a を用いて表せ。 (S) a (1) おもりに慣性力ははたらかな 指針 (1) (2) 電車は等速直線運動をして おり,おもりに慣性力ははたらかない。 したが って,単振り子の運動は、電車が静止している 場合の状況下のものと同じである。 解説 いので,糸は鉛直方向となる。 L (2) 単振り子の周期Tは, T=2π g に a (3) (4) 電車は等加速度直線運動をしており、 電 車内から見ると, おもりには糸の張力 S, 重力 mg, 慣性力 maがはた らく。これらのつりあう 位置が,単振動の中心と なる。 重力と慣性力の合 力は鉛直方向から 0傾 いた方向になり見かけ の重力mg'がその方向 にはたらくとみなせる。 ma mg' mg (3)糸の張力 S, 重力 mg, 慣性力maの3力が つりあう位置が単振動の中心となる。 ma a tan0= mg g (4) 見かけの重力加速度の大きさ g' は, g'=√√g²+a² 求める周期をT' とする。 T' は, (2) の T の式 でg を g′に置き換えて求められる。 =2 L T = 2x√1 = 2π√ √ √ g² + a² LE 9. 単振動 113

（2）条件にV>０とありますが、なぜV＝0は含まれないのか教えてください

遠心力に関係した身近なものとしては, 洗濯機や遊園地のループ式ジェットコースターなどがある。 例題 15 鉛直面内での円運動 右図のような, 半径[m〕のなめらかな円筒面に向 けて,質量m〔kg〕 の小物体を大きさvo [m/s] の初速 度でなめらかな水平面からすべらせる。 重力加速度の 大きさをg〔m/s'] とする。 53 58 62 B C 10 (1) 鉛直線となす角が0の点(図の点C) を通過すると きの, 小物体の速さと面から受ける垂直抗力の大き さを求めよ。 m Vo A 5 (2) 小物体が点Bを通過するための の条件を求めよ。 ●センサー14 解答 (1) 点での小物体の速さを 円運動では,地上から見て 解くか, 物体から見て解く かを決める。 [m/s] とすると, 力学的エネルギー 保存の法則より B mgcoso N C 1 12= mvo mv2. +mg(r+rcose) ① 地上から見る場合 遠心力は考えず,力を円の 半径方向と接線方向に分解 し,円運動の半径方向の運 動方程式を立てる。 2 ゆえに、 rcos 00 0 mg m-=F r または mrw=F ② 物体から見る場合 v = √v2-2gr(1+cos0) [m/s] 垂直抗力の大きさをN[N] とすると, 地上から見た円運動の運動方程式は, m- =N+mg cose r これに”を代入し、整理すると, ......① 遠心力を考え、力を円の半 径方向と接線方向に分解し, 半径方向のつり合いの式を 立てる。 ※どちらでも解ける。 2 mvo N= -mg (2+3cos) 〔N〕 r ……② ● センサー 15 物体が面に接しているとき, 垂直抗力 N≧0 (1) 水平面を重力による位置 エネルギーの基準面とする。 別解 小物体から見ると, 円の半径方向にはたらく力は,実際 にはたらく力のほかに、円の中心0から遠ざかる向き に遠心力がはたらいている。 半径方向の力のつり 合いより, N+mg cosm-00 (量的関係は上と同じ) r 圃 非等速円運動では,円の接線方向にも加速度があり、物体か ら見た場合、接線方向での力のつり合いを考えるためには、接 線方向にはたらく慣性力を考える必要がある。 (2)(1)より,00π [ad] では, 0が小さくなるにつれて, v, Nはともに減少していく。 点Bを通過するためには,点B でぃ> 0 かつN≧0 であればよい。 ① より 0=0を”に代 入して, v= √vo²-4gr よって,vo4gr>0 ゆえにvor 注 ③ ④を比較すると, N≧0(面から離れない条件) が 2 の条件を決めることになる。 2 mvo また,②より 0=0をNに代入して、N= 5mg r 2 mvo よって, -5mg≥0 ゆえに、vo√5gr r ③ ④ がともに成り立つためには,vo ≧√5gr 5円運動 35

この問題は、等速円運動ではない円運動をしていますよね？ 等速円運動ではないのに、等速円運動の運動方程式（F＝m×r分のv2乗）を使えるのはなぜですか？

遠心力に関係した身近なものとしては,洗濯機や遊園地のループ式ジェットコースターなどがある。 例題15 鉛直面内での円運動 右図のような, 半径[m〕のなめらかな円筒面に向 けて,質量m〔kg〕 の小物体を大きさ [m/s] の初速 度でなめらかな水平面からすべらせる。 重力加速度の 大きさをg〔m/s'] とする。 53 58 62 B C P (1) 鉛直線となす角が0の点(図の点C) を通過すると きの, 小物体の速さと面から受ける垂直抗力の大き さを求めよ。 人 (2)小物体が点Bを通過するための の条件を求めよ。 Um 0.0& m Vo センサー 14 円運動では,地上から見てる 解くか、物体から見て解く かを決める。 解答 (1) Cでの小物体の速さを [m/s] とすると, 力学的エネルギー 保存の法則より, Bmgcose N C 1 1 ,2= mvo mv+mg(r+rcost) ① 地上から見る場合 2 遠心力は考えず,力を円の 半径方向と接線方向に分解 し円運動の半径方向の運 動方程式を立てる。 ゆえに、 cos00 mg ......① 12 m-=F r または mrw²=F ② 物体から見る場合 遠心力を考え、力を円の半 径方向と接線方向に分解し, 半径方向のつり合いの式を 立てる。 ※どちらでも解ける。 ● センサー 15 v= vv-2gr(1+cos0)[m/s] 垂直抗力の大きさを N[N] とすると, 地上から見た円運動の運動方程式は, v² m =N+mg cose r これを代入し、整理すると, 2 mvo N= -mg (2+3cos) 〔N〕 r ......② 別解 小物体から見ると, 円の半径方向にはたらく力は、実際 にはたらく力のほかに、円の中心から遠ざかる向き に遠心力がはたらいている。 半径方向の力のつり r 物体が面に接しているとき, 垂直抗力 N ≧0 合いより, m01.0 v² ◆N+mg cose-m - 00 (量的関係は上と同じ) (1) 水平面を重力による位置 エネルギーの基準面とする。 r 非等速円運動では、円の接線方向にも加速度があり、物体か ら見た場合、接線方向での力のつり合いを考えるためには,接 線方向にはたらく慣性力を考える必要がある。 (2)(1)より, 00 [ad] では, 0が小さくなるにつれて, 0, Nはともに減少していく。 点Bを通過するためには,点B で0かつN≧0 であればよい。 ①より, 8 = 0 を”に代 入して, v = √vo²-4gr よって, v4gr>0 ゆえに mvo また,②より 8=0をNに代入して, N= 5mg ④を比較すると, N≧0(面から離れない条件) が の条件を決めることになる。 2 mvo よって, -5mg≥0 ゆえに、r r ③④がともに成り立つためには、ひ≧√5gr 5

(2)で、電車内から見ると止まっているように見えると考えたのですが、なぜ落ちているように見えるのかがわかりません。教えて欲しいです🙇🏻‍♀️

加速 T (1) 記述 60. 電車内の慣性力水平右向きに等加速度直線運 動をする電車内に, おもりが天井から糸でつるされ ている。 図のように、電車内の観測者には,おもり が糸と鉛直方向とのなす角が0となる位置で静止し て見えた。 重力加速度の大きさをg とする。 (1) 電車の加速度の大きさはいくらか。 この加速度で電車が走行しているとき,糸が切れたとする。 (2) 電車内の人から見ると, おもりの運動はどのように見えるか。 受 中 (3) 電車外で静止している人から見ると, おもりの運動はどのように見えるか。 例題

箱に対する加速度について（Pの加速度）-（箱の加速度）をして求めるのかなと思っていたので、解説は最初に箱に対する加速度αとして運動方程式でもとめているのがいまいちピンときません、、この運動方程式について解説お願いします🙇🏻‍♀️（相対加速度や運動方程式について知識が足りず変... 続きを読む

86* 箱の中に小物体Pが側面Bに接して置かれ ている。 箱を加速度αで右へ動かすと, P は 滑って側面 A に当たった。 AB間の内のりを とすると,PがAに当たるまでの時間はい くらか。 Pと箱の動摩擦係数をμとする。 VII いろいろな運動 見 A B P. 71

Sの答えって①式から答え出しちゃだめですか？

「く力の大きさ S[N], および, 地上から見た電車の加速度の大 きさ a [m/s] をそれぞれ求めよ。 重力加速度の大きさをg [m/s2] とする 指針 電車内の人から見ると,電車の加速度の向きとは反対に慣性力がはたらくように見える 解 電車内の人から見た立場で考えると, おもりには,重 カmg, ひもが引く力 慣性力の3力がはたらき, これらがつりあって静止しているように見える。 Scoso 地上の人から見た電車の加速度を とすると, }=-maである。 よって, 水平方向,鉛直方向の力 のつりあいの式は次のようになる。 10 =-mo ma Ss 水平方向: Ssino - ma = 0 鉛直方向: Scose - mg = 0 ① (2) ②式より S mg -〔N〕 mg = cos o これを①式に代入して整理すると S sin a = mgsin A = = m mcose gtan0 [m/s]

慣性力の問題で、コルクは右向きに傾くんですけどなんでか教えてください

A 実験10 慣性力 機器の破損 Link 映像 に注意 糸の両端にゴム栓と鉄球を固定し,水の 入ったフラスコに鉄球を入れてゴム栓でふ をする (◎)。 同様に, 鉄球のかわりにコ ルクを固定し,こちらはフラスコを逆さま にする (ⓑ)。 これらのフラスコを手に持ち, 加速しながら動かしてみよう。 |考察| (a) (b) ex 02.0= コルク ・鉄球 水一 右向きに加速させたとき, 鉄球とコルクのついた糸はそれぞれどちら向きに傾 ア. 右向き イ. 左向き ウ. 傾かない くだろうか? 知洄セAのような慣性の法則が成りたつ座標系(座標軸で位置を表したもの)を慣性系,

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

力学の分野なのですが(2)で三角台を動かすので小球には慣性力が左向きに働くと思ったのですが解説では慣性力は考えていませんでした。何故ですか？教えて頂きたいです。

図のように,傾きのなめらかな斜面を持つ三角台を水平面に置く. 台の最高点からんだけ低 い斜面上の点に,大きさが無視できる質量mの小物体を置いて手放した. 以下の問いに答えよ. 重力加速度の大きさを とする. h 物体の運動方程式を 比例定数を単位までつけて (1) 三角台を固定して手放したところ,小物体は斜面に沿ってすべりおりた.このとき,小物 体が斜面から受ける抗力の大きさと, 小物体の加速度を求めよ. (2) はじめの状態に戻してから, 三角台を図の右向きにある一定の加速度で動かしたところ, 小 物体は斜面に対してずれることなく,三角台と一体になって水平面と平行に運動した.この とき,小物体が斜面から受ける抗力の大きさと, 小物体の加速度を求めよ. (3) はじめの状態に戻してから, 三角台に力を加え, 小物体の加速度の水平成分が図の右向き に (2) の2倍になるようにしたところ, 小物体は斜面に対して上方へすべり出した。このと き,小物体が斜面から受ける抗力の大きさと,加速度の鉛直成分の大きさを求めよ. (4) (3) のとき, 水平面に対する小物体の加速度の大きさと, 小物体が斜面の最高点に達するま での時間を求めよ.