物理
高校生
この問題でなぜ、力学的エネルギー保存則を使うのかが分かりません。
題名に力学的エネルギーの保存と書いていたから、非保存力は仕事をしないから立てれたんですが、初見問題で出てきたら
力学的エネルギー保存則を立てれる自信が無くて、他に力学的エネルギー保存則を使う時の理由ってありますか?
出題パターン
19 力学的エネルギーの保存 ○
図のようになめらかな水平面となめらかな斜面を接続し、左端の壁に質量
の無視できるばねを固定する。質量mの小球Aをばねに押しつけて,αだ
け縮めて静かに放すと, 小球Aはばねが自然長になったところでばねから
離れ、そのまま床の上を進み,B点を通過して斜面をすべり上がり,斜面を
飛び出して最高点まで上がり、床に向かって落ちた。
重力加速度の大きさをg, ばね定数をん, 斜面の端C点の高さをん,斜面
の傾きを45°とし、空気の抵抗は無視できるものとする。
h
A
B
mo
45°
(1) 小球A がばねから離れたときの速さ vo を求めよ。
(2) 小球AがC点に達したときの速さ を v を用いて表せ。
(3) 小球Aが斜面をすべり上がって C点を飛び出すためのαの最小値を求
めよ。
(4) 小球AがC点を離れ, 最高点に達したときの高さLをvo を用いて表
せ。
解答のポイント!
小球は終始一貫して 「非保存力」 からの仕事を受けていないので力学的エネル
ギー保存則が成り立つ。 特に放物運動においては、水平方向は等速度運動なので、
最高点での速さがC点での速度の水平成分の大きさと同じことを利用しよう。
解法
速さ
(1)(2) 次ページ図 5-11 で アイウにかけて、
非保存力は仕事をしていない(垂直抗力は常に移動方
向と垂直であり仕事は 0, ばねの弾性力や重力は保存
力である)。また,各点での速させ、高さん伸び縮
みX を明記する。
高さ
伸び
縮み
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