例題
3)振り子の力学的エネルギー
長さ1Im]の糸に質量 m [kg] のおもりをつけ,糸の他端を天井に固
定する。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。おもりが最下点Bを通過するとき, その速
さは何m/s か。ただし, 重力加速度の大きさをg[m/s°]とする。
0
5
糸の張力の向きと,おもりが移動する向きは常に垂直なの
指針
で,糸の張力は仕事をしない。したがって, おもりは, 重力だけか
ら仕事をされて運動し,その力学的エネルギーは保存される。
(解)点Bを重力による位置エネルギーの基準にとり,
点Aの高さをん [m], 求める速さをv[m/s] とする。A,
Bの各点における運動エネルギー, 重力による位置エネ
ルギーは,表のようになる。点AとBで, 力学的エネル
ギーは保存されるので,
B
10
0
Icos0
張力、
1
-m×0°+mgh=
2
1
-mv+ mg×0
2
藍力
図から,h=l(1-cos0)となり,これを
式のに代入して整理すると
15
総力による
エネルギー(位置ネルギー
1
mg×1(1-cosθ)= ーmu
2
A
gh
2
び=2gl(1-cos0)
ひ=V2gl(1-cos0) [m/s]
1
-mu
2
B
mg×0
問 12 (類題図のように, 高さ 0.40mの点Aから, 小球が
静かに下り出し, なめらかな曲面に沿って進み, 高さ 0.30
Mの点Bから飛び出して, 地面に落下した。
(1)点Bを飛び出すときの, 小球の速さは何 m/s か。
(2) 地面に達する直前の, 小球の速さは何 m/s か。
20
A
B
0.40m
0.30m
地面