104~108 解説動画
基本例題 22 力学的エネルギーの保存
質量mの小球を軽いばねでつるしたところ, ばねが自然の長さからd
だけ伸びた状態で静止した。 このときの小球の位置を点Pとする。 重力
加速度の大きさをg とする。
(1) ばね定数kをm, d, gで表せ。
(2) ばねが自然の長さとなる点Qまで小球を持ち上げ, 静かにはなした。
おもりが点Pを初めて通過するときの速さをm, d, g で表せ。
解答 (1) 力のつりあいより kd-mg=0 よって k=-
(2) 点Pを重力による位置エネルギーの基準とする。
点 Q, P間での力学的エネルギー保存則より
0+mgd+0=_=_mv²+0+1=kd²
(1) の結果を代入して, vについて解くと
mgd=1/12/m+1/2xmxd² よってv=√gd
指針 (2) 点Qと点P それぞれについて, ① 運動エネルギー, ②重力による位置エネルギー, ③弾
性力による位置エネルギーを考え,力学的エネルギー保存則の式を立てる。
[POINT
mg
d
lllllll
伸び
d
kd
PO
P
Img
伸び
Olllllll
①運動エネルギー ②重力による位置エネルギー ③ 弾性力による位置エネルギー
K=-1-mv²
U=mgh
U=1½kx
1000000
伸び
速さ
V
r
C
解