問1
剛体とは物体の大きさまで考慮するものです。
基本的にはモーメントを考える問題以外では質点として物体を扱いますので、ア…質点
よって、物体の大きさは無視できる方がいいので
糸の長さは十分に イ…長く する必要があります。
式を見るとおり、周期に振幅は無関係なので
ウ…振幅によらない
糸を十分に長くした上で振幅を短くしたのでは大変観測しにくいです。
なので、振幅はエ…大きい方が測定しやすい
以上より答えは⑦
問2
周期の式より、周期が短く(小さく)なるためには
糸の長さを短くするか、重力加速度が大きくなるかのどちらか。今回は実験する場所を変えてるので見かけの重力加速度の変化を考える。
①～④の条件で、みかけの重力が大きくなるものを考えると
①について、月は地球の重力の6分の1です。
②について、地球上では赤道上で重力が最も小さくなります。(詳しくは別のコメントに残します)
③この場合、重力と同じ方向に慣性力が働くのでみかけの重力は大きくなります。
(エレベーターで上に行く時加速する間は体が少し重く感じるでしょう)
④みかけの重力加速度は水平方向の加速度と重力加速度の合成したもので、gより大きくなります。
よって、答えは③、④です。
問3
円運動は円の中心方向に加速度を持ちます。なので、
５の答えは③
また、計算すると分かりますが最下点では糸の張力が
最大になります。
さらに円の中心方向に加速度を持つので、張力＞重力のはずです。
これらを踏まえると、4の答えは①です。
引力は万有引力
遠心力は地球の自転による慣性力
赤道場では丁度このふたつの力は反対方向になるので
引力－遠心力となり最も中心方向の合成力が小さくなります。