Question

りおる

高校生物理基礎の問題です
赤枠で囲った問題の解説にある
三つの 0 はそれぞれ何エネルギーが
0 であることを示しているのか教えてください。

第5章■仕事と力学的エネルギ
リード] D
110 保存力以外の力の仕事 図のように床と斜面
がつながれている。 床のAB間はあらいが、他はなめら
かである。 床の一部分にばね定数kのばねをつけ, 一端
に質量mの物体を押しあてて、 ばねを縮めた。 AB間
の物体と床との間の動摩擦係数をμ',距離をS, 重力加速度の大きさをgとする。
(1) ばねを解放したとき, 物体が点Aに達する直前の速さを求めよ。
Ammun B
(2) 物体は点Bを通過後,斜面を上り, 最高点Cに達した。 Cの床からの高さんを求めよ｡
もどってきた物体がばねを縮めた。ばねの最大の縮みxを求めよ。
→例題 24,113
応用問題
112 仕事と運動エネルギー■ 質量2.0kgの物体が,
なめらかな水平面のx軸上の原点Oを速さ3.0m/sで通過
した瞬間から,速度の方向を含む鉛直面内で一定の角0だ
け上向きに力F [N] を加えた。 力Fの大きさは移動ととも
に右のグラフのように変化する。 また, cos0=0.80 とす
る。
111 力学的エネルギーの保存
ばね定数k [N/m] の軽いつる
巻きばねの一端を固定し、他端に質量m[kg] のおもりをつるして,
おもりを下から手で持った台で, ばねが自然の長さになるように支
える。 重力加速度の大きさをg[m/s'] とする。
(1) 台をゆっくりおろしていくとき, x [m] だけ下がった位置で台
がおもりを支える力の大きさ F [N] を求めよ。
(2) おもりが台から離れるときのばねの伸びx] [m] を求めよ。
つりあい
(3) はじめの状態で台を急に取り去った場合, 最下点でのばねの伸びx2 [m] を求めよ｡
(4) おもりの最下点について, x1 と x2 の差が生じた理由を述べよ。
➡115
(1) 力Fが物体にした仕事Wは何Jか。
(2) 物体が x=10m の点を通過する瞬間の速さは何m/s
か。
0
F[N]
8.0
2.0
0
mmmmmm
10m
自然の長さ
CQ
10
lllllllllll
h
■■
■■
x (m)
-102
ヒント 112 カFの分力 Fcose のみが仕事をする。 (F-x 図の面積) × cos0が,Fのした仕事となる。
てい
mi
と
放した
の
化を
Imgs
111
112
ここがポイント
軽いつる巻きばねなのでばね自身の重さは無視できる。 これはばねを縦につるしても、おもりを取
りつけなければばねは伸びないということである。
(1) おもりを支えながら台をおろしていく場合、 おもりは台が上向きに支える力によって仕事をされ、
力学的エネルギーは保存されない。
(1) 台をゆっくりおろしているので, おもりは等速運
動をしている。 よって, おもりにはたらく力はつ
りあっている (おもりにはたらく力の合力は0であ
る) から,上向きを正として, aより力のつり
あいの式はkx+F-mg=0
ゆえに F=mg-kx [N]
(2) 台がおもりを支える力が0になるとおもりは台か
ら離れる。 (1) の結果において, x=xのとき
F0 となるから
(3) 台を急に取り去った場合、 おもりには保存力である重力とばねの弾性力のみがはたらくので、力学
的エネルギーは保存される。
0-mg-kx₁
よって
mg - [m]
(3) 自然の長さの位置を基準水平面とする(図5)。 はじ
めの位置と最下点での力学的エネルギー保存則より
0+0+0=0-mgx2+
100
0=-—-kx (x₂-2mg)
0皿
2mg
k
0より
[m]
(4) 台をゆっくりおろしていく場合は、おもりを支え
る力によって負の仕事をされ力学的エネルギーが
減少するが, 台を急に取り去った場合は力学的エ
ネルギーが保存されるため。
-xcos 0
自然の
長さ
2.0
第5章■仕事と力学的エネルギー
ばねの
0
はじめ
水平面
図b
mg
解答 (1) 力Fが物体にした仕事を W [J] とす F(N) 4
ると, F-x 図の面積より
18.0
W=
(2.0+8.0)×10
2
cos0=0.80 であるから
W=40J
10
(2) x=10mでの物体の速さを [m/s] とすると, 物体の運動エネルギー
の変化は、物体にされた仕事に等しいので「1/12m-1/2m
-mv² =W₁ よ
り
1/23×2.0 × -/1/3×2.0×3.0°=40
Cheeeeeeeeee
よってv=7.0m/s
最下点
ここがポイント
力の大きさが変化するので 「W=Fxcose」 の式にFの値を代入することはできない。 力Fの分力
Fcos0 のみが仕事をするので, (F-x 図の面積) × cos0 が F のした仕事となる。
また、物体の運動エネルギーの変化 = 物体にされた仕事の関係が成りたつ。
51
「ゆっくり」 とは 「力のつ
りあいを保ちながら｣という
ことである。
2 (2)の結果と比べると2
信伸びていることがわかる。
したがって, おもりはつりあ
いの位置を中心に はじめの
位置を最上点, ばねの伸び
の位置を最下点として振動す
る。
@__mv²+W=
2mo
(はじめ+仕事終わり)
を用いてもよい。

Answer 1

✨ Jawaban Terbaik ✨

讃岐弁琴葉茜先生

＊左から下記の通りです！
−＊運動エネルギー(½)・m・(vの二乗)→バネが自然長のときもおもりが最下点のときもおもりの速度はゼロ→よって力学的エネルギー保存則の式の左辺も右辺も運動エネルギーはゼロ
−＊重力による位置エネルギーUG=m・g・h→問題集解説では力学的エネルギー保存則の式の右辺が−m・g・x2→これは重力による位置エネルギーの基準面がバネが自然長のときになっている→重力による位置エネルギーの基準面におもりがあるとき重力による位置エネルギーはゼロ→よって力学的エネルギー保存則の式の左辺の重力による位置エネルギーはゼロ
−＊バネの弾性力による位置エネルギー(1/2)・k・(xの二乗)→問題集解説では力学的エネルギー保存則の式の右辺が＋(1/2)・k・(x2の二乗)→右辺のときはバネが伸びているとき→左辺のときはバネが自然長のとき→バネが自然長のときバネの弾性力による位置エネルギーはゼロ→よって力学的エネルギー保存則の式の左辺のバネの弾性力による位置エネルギーはゼロ
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＊これからも学校やクリアノートでたくさん質問してくださいね
＊発明王エジソンも幼少のときはたくさん質問していたからです
＊天才はたくさん質問して教えてもらって分からないことを解決してさらにたくさんの分からないことに向き合います
＊たくさん質問するだけで天才になれます

＊しかしクリアノートのQandAで俺が教えられる質問の数には限りがあります
＊俺が持つ時間と労力に限りがあるためです
＊良かったら俺が作ったクリアノートリストを俺のプロフィールページから定期的に見てください
＊高校物理について生徒様たちが知りたいすべての解説をクリアノートに書くことを俺は目指しているからです！