物理
高校生
解決済み
(１)の問題で、物体に垂直抗力ははたらかないのですか？
リード D
第5章●仕事と力学的エネルギー 55
106. カ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。
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。
おもりの最下点について, xiと x2の差が生じた理由を述べよ。
つりあい
110
0OOWI
1自然の長さ→
のここがポイント
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,おもりを助
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。
(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。
106
doVー
解(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,図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
F=0 となるから
自然の
長さ
ばねの
伸びx
1「ゆっくり」とは「力のっ
りあいを保ちながら」という
ことである。
kx
|mg
図a
リア
0=mg-kx.
mg
よって X1=
Z (m)
k
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