(2)で写真二枚目の5行目の式 Ry1'＝(Mcosθ/2w)×｛g(w+h tanθ )－(vcθ^2(h－wtanθ))}＝0 があると思うのですが、その直前で「P1を中心として反時計回りに転覆しないためには、重心がP1より右側になければならない。よって、w－h ta... 続きを読む

Chapter 1 力学 Section 1 力と運動 例題 10 等速円運動 ② 図1はレールに乗っている列車を正面から見た 図である。 レールの幅は2w であり, 列車の質量は Mである。 列車の重心Gは、レール間の中心線上 で、レールと車輪の接触点から高さんの位置にあ る。 空気の抵抗や摩擦力などは無視できるものと して、以下の問いに答えなさい。 (1) この列車が,たいらな地面に水平に敷かれた 円形の曲線路を、一定の速さで通過している。 (A) 重力加速度をg, 列車に作用する慣性力を Fとして, 曲線路の内側のレールから列車 が受ける垂直抗力 R1 と, 外側のレールか ら列車が受ける垂直抗力 R-2 を、 それぞれ M, w, g, F, h を使って表しなさい。 図2 (B) 曲線路の半径を , 列車の速さを”として, 慣性力F を M, r, o を使って表しなさい。 ただし,rはレール 幅 2w に較べて十分に大きいものとする。 (C) 列車の速さが大きくなると, R, が減少し,やがて列車は転覆する。 この場合の限界の速さve を wr, g, hを使って表しなさい。 (2) 曲線路では, 列車の安定を増すために、 通常, 曲線路の外側のレー ルを少し高くしている。 図2に示すように, 線路が角度日の傾きを つけて敷かれているとして, 列車が転覆する限界の速さve を w, r, g,h, θ を使って表しなさい。 (三重大) w wo 200 考え方の キホン to 10 I (1) (A)右図のように、車輪とレールとの接点をそれぞれ P1, P2 とし, 車輪がレールから受ける抗力の水平成 分をそれぞれぃたとする。 鉛直方向の力のつりあ いより I 1 円運動の問題では,中心方向外向きの慣性力すなわち遠心力を考慮 すると, 有効な場合が多い。 例えば、人工衛星の中で宇宙飛行士が ふわふわ浮いて見えるのは, 人工衛星から見て, 宇宙飛行士に働く地球の万有引 力と遠心力がつりあうからである。 この問題でも、列車から見た遠心力を考慮す ると, 剛体のつりあいの問題として扱うことができる。 なお、遠心力をむやみに軽んじてはいけない。 現代の物理学では,遠心力 ( 般には、慣性力)といわゆる実在の力 (この場合は, 向心力)とは、同等である I とみなす。 (2)までは、外側のレールは高くしてない。 1 R1+R2-Mg=0… ① P2 のまわりの力のモーメントのつりあいより Mgxw-R1 ×2w-Fxh=0 ② 〔注〕 P1 のまわり: R12×2ω-Mgxw-Fxh= 0 ③ ①② (あるいは, ①, ③ あるいは, ②③ より -Mg- R₁₁ = h R2= g+. 〔注〕この場合の向心力はf+fである。 水平方向の 力のつりあいより、 S 2w (B) 円運動の加速度は2/rだからF=Mv²/r (C) (A)からわかるように, R2は常に正である。 (B)も用いて h Mv² :. R₁₁=Mg-20 =0 :: Vc= F fi+f₂=F=Mv² /r (2) 右図のように車輪がレールから受ける抗力の斜面に垂 直な成分をそれぞれRai', R2' とし、斜面に平行な成分を それぞれだとする。 斜面に垂直な方向の力のつりあ いより P回りの モーメント Mo -F R入 Mcose {g(w+htand)- 2w fr Vo² r rwg h R₂₁ Ra Mg Ri'+R,a'′-Mgcos0-(Mus/r)sin6=0・・・・・・・・ ④ PT P3 Or MY K P2 のまわりの力のモーメントのつりあいより下 Mgx(w+htane)cos-Ra'x2w_(Mu²/r)x(h-wtand) cos0=0 BA w ....... 5 Mg x (cose+ htang.cosa) Pr カ 〔注〕 Pi: Ri' ×20-Mgx(whtand)cos0 (Mur) x(h+wtand)cosB = 0.⑥ ④,⑤ (あるいは、④⑥ あるいは, ⑤⑥ より 列車 の動き Mer x (hcoso-tutanocuse) (h-wtan6 tan 0)} B 10 1-1 力と運動 47

(2)(3)で地震の縦揺れ、横揺れの慣性力を考慮してると思うのですが地震の慣性力の向きが(2)だと上向き、(3)なら左向きだとなぜ分かるのですか？ (出典:難問題の系統とその解き方)

例題1 剛体のつりあい ① 次の文中の ] に適する数値(負でない整数) をそれぞれ記入せよ。 図のように、直方体の一様な物体Aが, 水平と45°の傾斜をもつ地盤Bの上に、質 量の無視できるロープCによって取りつ けられた構造物がある。物体Aと地盤B とは、接触しているだけである。 物体Aの質量:m=1.0×10° 〔kg〕, 重力 加速度の大きさ:g=10[m/s²], 物体Aと地盤Bとの間の静止摩擦係 数および動摩擦係数:μ=1/3, 2の値:1.4とし,ロープCは十分強く, 伸び縮みしないものとする。 (1) 静止しているとき, ロープCの張力は (ア)[ 盤Bが物体Aに作用する抗力の大きさは (イ) × 10°Nであり、地 × 10°Nである。 (2) 地震によって,次第に強くなる上下動(鉛直方向の動き)が起こ り,ある加速度が物体Aにはたらいたら,物体Aが転倒(物体Aが 地盤Bに対して,すべり・離れなどの動きを起こし、回転して倒れ る状態)を起こし始めた。 その加速度の大きさは (ウ) m/s' であ り,ロープCの張力は (エ)[ × 10°Nである。 (3) 地震によって、次第に強くなる水平動が起こり、ある加速度が 物体Aにはたらいたら, 物体Aが転倒 ((2)参照)を起こし始めた。 その加速度の大きさは (オ) m/s' であり, ロープCの張力は (カ) ×10°Nである。 〔東京理科大・改] 考え方の キホン y A hor 4m 45° + 2m. C B 力学において最も重要なことは、力を正しく見つけることである。 そして力がわかれば,それらを互いに垂直な方向に分解し、力のつ りあいの式を2つつくる。次に,適当な点のまわりの力のモーメントのつりあい この式をつくる。 あとは, 以上の3つの連立方程式を解くだけである。なお, 静止 摩擦力はつねに最大静止摩擦力が働いているとは限らないので, はじめからその 値をμN とおいてはいけない。 まず, 未知数として文字で表し (例えばF), つ りあいの式を解いて F の値を求めてから, FUN の条件を課せばよい。 また, 力のモーメントのつりあいの式は, 任意の点のまわりのモーメントで考えてよい が,なるべく計算が簡単になるような点を選べばよい。 すなわち、ある力の作用 線上の点を ントになるので計算が楽である。 水平面 カ学 2 3 波動

慣性力の分解の仕方が分からないです。 どこがどのように30°になるのか教えて欲しいです！

85 N mg sin30° 30° 26 忘れやすい! g √√3 垂直方向の力のつい .. a> 40 慣性力 ma mg cos30° 上るためには、斜面方向に着目して mg sin 30°<macos 30°

(3)で何故tanθ=ma/mg としていいのですか？？

基本例題32 電車の中の単振り子 基本問題 225,227 長さの糸の一端に質量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。 20 RIC (1) 電車が水平方向に等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 AUNTOU たとき, 糸はどの方向になるか。 (2)(1)の状態で,単振り子を小さく振らせたときの周期はいくらか。コも向や自分 (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 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, tan0はいくらか。 SL (4) (3) での単振り子の周期を, l, g, a を用いて表せ。 解説 (1) おもりに慣性力ははたらかな いので、糸は鉛直方向となる。 99 (1) (2) 電車は等速直線運動をして 指針 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。 (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。 mg' mg ma S. a B.1A (1) 10: (2) ⇒ 7 (2) 単振り子の周期Tは, T=2^ g (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 tane= mg g (4) 見かけの重力加速度の大きさ g' は, a 0 (E) 求める周期をTとする。 T' は, (2) の T の式 C でg を g′に置き換えて求められる。 Links T 1 T'=2π^ = 2π √g²+ a² JELD_g'=√g²+ a²

なぜ（２）は等加速度運動になるんですか？ 加速しませんか？

チェック問題 3 見かけの重力 (Bp129) 加速度αで上昇しているエレベー ター内に, 長さlの糸の先に質量m の小さなおもりをつけた振り子がある。 (1) 振り子を傾角30° から静かに手放 すとき,最下点での速さ (エレベー ターに対する) ひはいくらか。 (2) 振り子を止め, 糸を切ると床まで の距離んを落下するのにかかる時 間たはいくらか。 図aで,〈力学的エネルギー保存則》 mal より,重力加速度 g→g+αとして, mg g+a 1 2 解説 (1) エレベーター内での見かけの重力はいくらかな? 重力 mg と下向きの慣性力 ma を合わせて mg+ma=m(g+α) です。 2 -mv₁² m(g+a)l(1-cos30°) よって,v=√(2-√3)(g+α)l (2) 加速度は g ではなくて,g+αで 自由落下しているとして, 図bで. 等加速度運動の〔公式〕 (p.20) より, (g+a)t,²=h :: t₁ = h V₁ 標準 6分 2h 答 √g+a フリーフォール もしエレベーター自体を自由落下 させると,a=-g となるので見 かけの重力は,g+(-g) = 0, つまり無重力状態。 om a _30° 高さ0 高さ (1-cos 30°) V=0 図a t=0 0=0 ↓g+a t=t₁₂ 図b ca 183

(3)です なぜ水平投射しているように見えるのですか

対して静止したままであった。 重力加速度の大きさをgとする。 (1) このときの糸の張力の大きさを求めよ。 所 (2) 加速度の大きさαがある値α をこえると, 物体が斜面上向きにすべり始めた。 Q を求めよ。 例題27 209. 電車内の慣性力 水平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, おもりは,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。 > (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。 210. 遠心力円筒形の部屋が回転する乗り物に, 人 が乗っている。円の中心から人までの距離を R, 回転 数をnとする。部屋とともに回転する人は, 壁に押し つけられるような力を感じる。 重力加速度の大きさを Wur 間) 0 1 OO Courglah (er 回転軸 ↑ R 例題27 200

(１)で鉛直方向のつりあいで、 Tcosθ=mg とするのは間違えですか？ 理由も教えてください！

る。また,円の中心方向の成分を向心力として,等速円運動をしている。 206. 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 B A m 例題29

何故、マーカー部分のように言えるのですか？ 図の摩擦力の部分は、 なぜ静止摩擦力なんですか？ 動摩擦力の時はないのですか？

基本例題27 慣性力 ENT REM 水平面上に台車があり, 台車の上に質量m[kg]の物体を置く。 台車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 [m/s²] として,次の各問に答えよ。 X (1) 台車が右向きに加速度 α 〔m/s']で運動している。 台車上 指針 台車上から見ると, 物体には重力, 垂直抗力, 静止摩擦力, 慣性力がはたらいている。 加速度を大きくし, すべり出す直前になったとき, 静止摩擦力は,最大摩擦力となる。 解説 be hun から見たときに物 から見たときに物体にはたらく力を図示せよ。 また, 摩擦力の大きさを求めよ。 (2) 加速度を徐々に大きくすると, 物体は台車上をすべり出す。 物体がすべり出すのは, 加速度がいくらよりも大きくなるときか。 (1) 台車上の観測者 から見た物体にはた らく力は、図のよう に示される。 慣性力 の大きさはma 〔N〕 で,その向きは観測者の加速度と逆向きである。 台車上の観測者から見ると, 物体は静止してお り、力がつりあっている。 静止摩擦力の大きさ 慣性力 ma 重力 垂直抗力 静止摩擦力 基本問題 207, 208, 209 d (2) すべり出す直前, m をF〔N〕 として, 水平方向の力のつりあいの式 を立てると, 310. F-ma=0 F=ma〔N〕 静止摩擦力は最大摩 擦力となる。 鉛直方 向と水平方向のそれ ぞれの力のつりあい KOR から, 鉛直 : N-mg=0 水平: μN-ma=0 式①から, N=mg μmg-ma=0 ma mg AN μN ...1 ・② これを式 ② に代入し, a=μg[m/s²] tots |

この問題がわかりません。詳しく説明していただきたいです。答えも載っていないのでわからないです。

20 15 実験 14 慣性力 糸の両端にゴム栓と鉄球を固定し,水の (a) 入ったフラスコに鉄球を入れてゴム栓でふ たをする (②)。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 (⑥)。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。 水 ・鉄球 コルク Q 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くだろうか? エッ ア 右向き * 機器の破損に 注意 イ. 左向き ウ. 傾かない イ.左向き

この問題で、なぜ慣性力maが左に働くと分かるのですか？ 加速度は右向きなので慣性力も右向きのような気がするのですが…

a 208. 台車の運動と慣性力 傾角0のなめらかな斜面 をもつ台車が、 水平面上に置かれている。 斜面上の頂 点に糸の一端をつけて、他端に質量mの物体をつなぎ, 斜面上に置く。 台車に力を加え. 大きさαのある加速 度で等加速度直線運動をさせたとき, 物体は、斜面に 対して静止したままであった。 重力加速度の大きさをgとする。 ma m 0 (1) このときの糸の張力の大きさを求めよ。 20 ② 加速度の大きさαがある値α をこえると, 物体が斜面上向きにすべり始めた。 do を求めよ。 例題27