物理
高校生
解決済み

この黄色下線の式が成り立ちということは張力Sの方が見かけの重力g'より大きいということですか?

平な床面上で水平方向に運動することができる実験装置を 止させ、実験装置内の天井の点Qに, 軽くて伸び縮みしない長さLの糸の一端 を固定し、糸の他端に質量mの小球を取り付け, 小球を最下点Aで静止させた。 全体が静止した状態から実験装置を一定の大きさαの加速度で水平右向きに動 かし続けて,実験装置内に固定したビデオカメラで振り子の小球の運動を撮影す ると,糸がたるむことなく,小球が点Aから上昇して鉛直線と糸のなす角度が 60°となる点Cに達した後,点B を中央としてAC間の円弧上を往復するようす が確認できた。 空気抵抗は無視できるものとする。 ma 60° mg 糸 実験装置 L 問4 次の文章中の空欄 ウ 小球 m 図5 →a B-1 床面 a D = ±av² + myle - +4 AV - myL I に入れる向きと数値の組合せとして 最も適当なものを,後の①~⑥のうちから一つ選べ。 23 ビデオカメラで撮影した小球の運動において, 小球にはたらく重力と慣性 力の合力をみかけの重力とよぶこととする。 このみかけの重力の向きは ウ の向きである。また,実験装置の加速度の大きさと重力加速度の 大きさの比は a エ である。 g ウ H ④ ⑤ ⑥ QA Q → A Q → B Q →B Q→C Q-C → √3 32 1 √3 1 18 √√3 2 √3 2
物理 5 ビデオカメラで撮影した小球の AC間の円弧上の運動において 問4の みかけの重力による加速度 (みかけの重力加速度)の大きさをg, 点Bを通 過する瞬間の小球の速さを”とする。 点Bを通過するとき, 糸が小球を引 く力 (糸の張力)の大きさを表す式として正しいものを,次の①~⑦のうちか ら一つ選べ。 24 0.1 H .0% M SI O ① mg' ② mv ③mg'- mv mv ④mg'+ L L L 2 2 2 mv mo L ⑤ L ⑦mg'+ mv L L 問6 ⑥mg' しばらくして、ビデオカメラで撮影した小球が点Cに達した直後から, 実験装置が等速直線運動をするようになった。 実験装置が等速直線運動をす るようになった後のビデオカメラで撮影した小球の運動に関する記述として 最も適当なものを、次の①~⑤のうちから一つ選べ。 ① 小球は点Cに静止したままであった。 ② 小球は点Aに達して静止したままとなった。 ⑤⑤ 25 小球は点に達した後, 点Bを中央とする往復運動を行った。 小球は点Aを右向きに通過し,鉛直線と糸のなす角度が60°となる位 置に達して静止したままとなった。 小球は点Aを右向きに通過し,鉛直線と糸のなす角度が60°となる位 置に達した後,点Aを中央とする往復運動を行った。
ma より、慣性力の大きさと重力の大きさの比は, 中央であり, ∠AQC=60°であるから, ∠AQB=: 静止したま mg tan 30° よって、 a = tan 30° g √3 60° 60° S L 30° 重力 慣性力 ma みかけの -30° みかけの 重力 mg 図イ 問5 24 正解 ⑦ mg' 図ウ 加速度運動する観測者から見ると), 小球はAC間の半径Lの円弧上を往復運動して 実験装置内に固定したビデオカメラで小球の運動を撮影すると (実験装置とともに いる。 図ウのように, 小球が点Bを速さで通過する瞬間には, 糸が引く力と大きさ mg'のみかけの重力がともに QB 方向にはたらく。 糸が引く力の大きさをSとし BQの向きを正として, 小球の運動方程式は, V 2 m = S-mg' よって, S=mg'+ mv2 L 問6 25 正解 ⑤ 実験装置が等速直線運動をするようになると, 実験装置内に固定したビデオカメラ で小球の運動を撮影するとき (実験装置とともに等速直線運動をする観測者から見る とき) 小球に慣性力ははたらかない。 小球が点Cに達した直後 (小球が実験装置に対 して点Cで静止した直後) に慣性力がはたらかなくなったので,この後、図工のよう に,小球は点 A を右向きに通過して鉛直線と糸のなす角度が60° となる位置に達した 後,最下点Aを中央とする往復運動を行う。 60° 60°

回答

✨ ベストアンサー ✨

そういうことになります。

《参考》
実験装置が止まった状態で、小球を振り子運動させると、Aの位置(振り子の中心)での糸を引く力は、重力gよりも大きくなります。

ですが振動中心はつりあいの位置だと習いました。
つりあっているならSとmg'は同じだと思うのですがそれは違いますか?

GDO

つりあってます↓
張力=見かけの重力+遠心力
習ったときに何か聞き漏れたことがありそうです。

振り子運動しているなら、どの位置でも張力は常につり合ってます。だから、中心から遠くに飛んでいかないし、近づかないのです。
位置によって張力は変わります。重力(見かけの重力)方向の時が張力は最大です。
ブランコに乗ったときに感じませんでしたか?

GDO

もしかしたら、バネの振動のことかな?
バネ振動の場合は遠心力が働かない(バネの振動&振り子は複雑になるので遠心力が働くケースは考えなくて良い)ので、「バネの弾性力=重力(見かけの重力)」が、つり合っている位置と習ったのではないかと思います(想像です)

今回は物体と観測者が共に円運動してるわけではないから遠心力は働かないと思ったんですが。
確かにどの位置でも張力は釣り合ってますが張力の垂直方向にはなんかしらの力が働くのでその物体は完全に静止はしてないですよね?

ブランコの時は自分も円運動をしてるからですよね?

GDO

物体は円運動(振り子運動)してますよ。
つり合いの位置の速度はvなので、遠心力mv^2/Lが加わってます。

GDO

問題文に「点Bを中央としてAC間の円弧上に往復」「AC間の円弧上の運動」の記載がありますので、振り子運動して動いてます。

もちろん物体は円運動をしてます。ですが今回の問題では観測者が小球の運動を観測しているから観測者が物体と共に円運動する時の遠心力は働かないと思います。

GDO

観測者=ビデオカメラ
ビデオカメラは実験装置内に固定していると書いてあるので、円運動(振り子運動)はしていないですよ

物体と共に運動していることが、どこかに記載があるのですか?見つけられないので、教えてください🙇‍♂️

GDO

物体と共に運動していないならば、遠心力が働くことは理解されているようなので、私からの回答は終了します。
(上手に回答できなくてゴメンなさい)

ごめんなさいめんどくさくて
難しくて

GDO

大丈夫ですよ〜
まだ、モヤモヤしていたら再質問するのが良いですよ。
分かりやすい回答してくれる方がいると思いますので。

うまく伝えられない時は、途中で断念しています。
たまにあります(申し訳ありませんが)。

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