✨ ベストアンサー ✨
あなたの理解度がどのくらいなのかわからないので,どこから説明していいのか難しいところですが,言っていることがわからんち状態になりましたら,教えてください.
まず,高さhから高さ0の地点までの斜面を物体が移動する問題について,
摩擦を無視すると,
(さらにいうと物体は質点とみなし,転がらないものとして考える→要は転がらす滑り落ちる)
力学的エネルギー保存則より
位置エネルギー U=mgh
運動エネルギー K=mv²/2
U=K
が成り立ちます.
この式は高さhの地点にあった位置エネルギーは高さ0の地点では全て運動エネルギーとして変換されてるということを意味します.
この二式より,
mgh=mv²/2
⇔
v²=2gh
⇔
v=√(2gh) (v>0)
が得られるので,問題文より高さ3.0[m]から滑り落ちた場合滑り台の下の地点での速度vは
v=√(2×9.8×3.0)≒7.67[m/s]
となり,摩擦がある場合は(問題文より)3.0[m/s]ですが,摩擦がないと7.67[m/s]と4.67[m/s]も速くなることがわかりますね.
つまり,摩擦があると4.67[m/s]遅くなるというわけですから,その遅くなった分が摩擦によって失われた力学的エネルギーになります.
それでは,摩擦がある場合を考えます.
先程にも述べた通り,滑り台の下では力学的エネルギー保存則が成り立つので,摩擦によるエネルギーをQとすると,
U=K+Q
のように表せませんか?
(滑り台のてっぺんにおける位置エネルギーUは,運動エネルギーKと摩擦によるエネルギーQに変換された.)
すなわち,摩擦がある時は滑り台の下での速度が3.0[m/s]なので,
U=K+Q
⇔
Q=U-K
=mgh-mv²/2
=20×9.8×3.0-20×3.0²/2
=498[J]
と求められました!
どうでしょうか😉
ありがとうございます、とても参考になりました。
丁寧でとても分かりやすかったです!