Question

はに

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A
2k
k
200
(物体
P
図1
位置Pで物体にはたらく A の弾性力の大きさ, およびAの弾性力による位置エネルギーを表す式を書く
と,アとなる.
次に、 物体を手で水平に引いて, 位置PからAの自然の長さからの伸びが2x0 となる位置P'まで床面上
をゆっくりと移動させた。物体を位置Pから位置まで移動させる間に手が物体にした仕事はイとな
る。
自然の長さ
A k
図 2
床面
thik
床面
次に、図2のようにばね定数 2kの軽いばねBを水平でなめらかな床面上に置いて, B の左端を鉛直な壁
面に固定する。 B の右端に床面上に置いた A の左端をつなぎ, さらに床面上に置いた質量mの物体をAの
右端に取り付ける。 図2のように、物体を手で水平に引いて A の自然の長さからの伸びが となる位置Q
まで床面上をゆっくりと移動させた。
図1で物体が位置Pにあるときに手が物体を水平に引く力の大きさをFとすると、図2で物体が位置Q
にあるときにAがBの右端を引く力の大きさは F を用いて, ウと表される。
図2で物体が位置Qにあるとき, B の自然の長さからの伸びは, エロ を用いて表すと エである。よっ
て, AとB 全体の自然の長さからの伸び X は,
X = 10 + オ
となる。また、このとき, 物体がAを引く力の大きさをk, so を用いて表すと カ である。 これらのことか
ら、図2のようにつながれたAとBを1本のばねとみなしたときのばね定数は, k を用いて表すと
あると考えることができる。
キで
図2で位置Qにある物体から静かに手をはなすと, 物体は壁面に向かって運動しはじめた。 A,Bがとも
に自然の長さになる位置を通過するときの物体の速さはm, k, so を用いて表すと, クとなる。