物理
高校生
解決済み

なぜ時間t1 で歯車は2n分の1回転になるんです?

ゾーの光束測定 ーー 記 Ssuu 本問は, フィゾーが1849年に行った光速測定の 1 光が に行つた光速測定の実験の! | pe。 光が 歯車と鏡の間を往復する時 の瑞の原理に 誠等しいことがウ・ 光速が求められる。 歯車の回転する 光の速さをととする。 歯車と鏡の間の距離は 8.63X10m なの る が下車と鏡の間を往復する時間ヵは ニスX (8.63X109) 「 、 S の人還は、 すき間の数もヵ個であり。 時則6 Mr (97)回転している (図)。この回転に要する時間ぁは レ 時間』後 70 なので, 歯車が1 司転する時間の 1/(2X720) であり, 歯N や い 敵旨ーッ 回生 。 人 9 26 2X720 〇歯車の回転数は2 1 回/sなので, 1回転する 時間は 1/12.6Sである。 にpo 28.68x109 。 エメ 12.6 2X720 C 3.18X10'm/s =3.131X10!m/s 上.且率と光
=4/ヵであるo 峡学 Af /、!伯となり, 反射光の強度は極小となる。 画還W一ーーーーー王 ー 9 |. フィゾーの光速測定 図の装置に Ve 歯車がゆっく り 回転しているとき, *涼からの光は, 回転歯車の歯の間を通り 拓け。鏡で反射されて再び もとと同じ歯の 間を通り抜ける。 歯車の回転が 速くなると, 光が鏡まで往復する間に歯が動き, 反射光 「 が次の歯にさえ ぎられて光源までもどらな くなる。 歯車と鏡の間の距離を 8.63X10!m 軸隊 歯の数が 720 個の歯車を用いて, 歯車の回転数をしだいに大きくしていく と, 回 転が毎秒 12.6 回のときには じめて反射光がもどらなく なった。光の速さはいくらか。 EE 隆の)

回答

✨ ベストアンサー ✨

歯数が4つの歯車を考えてみました。歯車を書くのは大変なので✖️として考えました。

歯が4つあると隙間が4つできました。
4つの歯にそれぞれ①〜④と番号をつけ、4つの隙間にa〜dと文字を振りました。

歯車の一回転を考えると、主に8つの場面があることがわかります。1番上が隙間になるのか歯が来ているのかです。

場面1から場面2に進むには、1/8回転です。

場面1で隙間aを通った光が、場面2で歯②に当たれば、「反射光が次の歯にさえぎられて光源まで戻らなくなる」ということになります。

これを、歯数がNの時で考えれば良いです。
図は書きにくいので頭で想像しますが、
歯の数がNの歯車を考えると、歯数がNで隙間はN個あるでしょう。(心配ならばN=3の時も考えると図を書いても歯数が3の歯車は隙間が3なので良いでしょう。)
さっきと同じように場面を考えると、1回転する時、場面は2Nあるでしょう。
場面が①から場面が②になるときは1/2N回転してるでしょう。

絵が下手だったのでわかりにくかったかもしれませんが、こんな感じだと思います。

じゃがりこ

こっちの方がイメージが湧くならこっちもいいかもしれません。

これは観覧車なんですが、白い○は歯がある箇所、黒●は隙間とします。これは歯数が4の歯車です。

1番上が●から○に変わるのは1/8回転した時です。

Y

こういうことですか?

じゃがりこ

そうですね。1/4回転は、番号と記号は書き間違いだと思うので、内容は合ってる思います。

Y

そうですね ありがとうございました

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回答

歯の数がn個の歯車は、隙間に透明な歯があると考えると、全部で歯は2n個。
光が往復する時間で1個の歯の分だけ回転する。
2n個の歯で1回転なので、1個分がx回転とすると
2n:1=1個:x回転
x=1/2n

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