(2)番についてです 自分は位置エネルギーと大気圧への仕事も考えてW=pΔv+MgL/2+p0ls/2 と考えたのですが、解答では位置エネルギーとか考慮していません。なぜですか？

49 熱力学 断熱材で作られた円筒形の容器に〔[〔mol] の 単原子分子の理想気体が入っていて, 圧力と温 度TOK]は大気のそれと等しい。 ピストンMの 質量は Mi [kg] で滑らかに動く。はじめMはス トッパーAで止まっており, 容器の底からの高 さはL][m]である。気体定数をRJ/mol・K], 重力加速度を[m/s2] とする。 (1) ヒーターのスイッチを入れて気体を加熱し たところ、温度が T1 〔K〕 になったときM が上に動き始めた。 温度 T1 と気体に加えた熱量 Q1 〔J〕 を求めよ。 (2) Mはゆっくり上昇を続け、高さが12/23L 〔m] となった。このとき の温度T2 〔K〕を求めよ。 また,Mが動き始めてからこのときまで に気体がした仕事 W2 〔J〕 と気体に加えた熱量Q2 〔J〕 を求めよ。 ここでヒーターのスイッチを切った。 そして, 外力を加えてMを ゆっくりと押し込み, 元の高さL 〔m〕まで戻した。 このときの気体 の温度 T 〔K〕を求めよ。 また,このとき気体がされた仕事 W [J] を求めよ。 ただし, この断熱変化の過程では圧力Pと体積Vの間に は PV 3 =一定の関係がある。 (京都工繊大) Base 771 3 Level (1),(2)★ (3)★ Point & Hint Cv= Cp= ※ この3式は「単原子｣のとき (1) 前後の状態方程式と, ピストンが 動き始めるときの力のつり合いを押さ える｡ 大気圧をPo, ピストンの面積をS とでもおくとよいが,これらの文字は 答えには用いられない。 (2) なめらかに動くピストンが自由になっていると 定圧変化が起こる。 定圧変化では,気体がする仕事=P⊿Vとなる。 (3) 断 熱変化では,PV=一定が成り立つ。 ♪は比熱比とよばれ, y=Cp/Cv ここで は単原子なので, y = = 12/12/12/2=121238 となっている。あとは第1法則の問題。 M -R ヒーター 10000 単原子分子気体 3 U= -nRT 2 5 R LECTURE (1) 初めの気体の状態方程式は PSL = nRTo ...... ① ピストンが動き始めるときの圧力をPとすると PSL = RT ...... ② そして、このときのピストンのつり合いより PS = PS+Mg..... ③ MgL Ti = To+ nR QinCvAT=- R(T₁-To) = 32 MgL ① ~ ③より 定積変化だから P1での定圧変化が起こる。状態方程式より PS・・ S/L=nRT2 4 (2) より そして そ T₁ = 3 T₁ = 2 (T. + Mg L nR W₁ = P₁AV = P₁ (S. 3/L-SL) より 49 熱力学 状態方程式より (3) 高さまで押し込んだときの圧力を P3 とすると B 第1法則より PS T3 = Mg また, Q2=nCAT=n212R(T2-T)=(nRT+MgL) 4U』を調べ ( 4U2=220R (T-T) 第1法則 4U2 = Q2+(-W)を用いて 4U₂ Qを求めることもできるが、まわりくどい｡ 143 P.(SL) = P.(SL) ( ∴. P3= P1 PS ピストンが動いて も上図の状況は変 わらない。 つまり, 圧力 P1 は一定 =1/23PSL=/1/2nRT=1/12(nRT+MgL) ②を用いた (2) *P₁.SL = nRT .... (3) ³T₁ = (3) ³( T. + MgL) 'T= nR 2nR(T₁-T₂) = 0+W₁ W₁ = (2) ² (2) ³-1} (nRT. + MgL)

物理 表を埋めるところからよくわからないので 丁寧に説明してくださると 大変嬉しいです。 よろしくお願いします。

古典力学:第 1講 2022年度 春期 速度と加速度 Velocity O Acceleration Classical Mechanics: 1st Lecture 学び始める物理 第1日 1.1 今日の問題 A. z 軸上を運動する物体を観察したところ, 以下のようなデータが得られた: t [s) 0 1 2 3 4 5 6 7 2 [m] 3 0 ー1 0 3 8 15 24 [m/s) a [m/s°] (1) 上表のうち, 平均の速度 T, および平均の加速度aの空欄を埋めよ。 SEtH (2) (1)より,時刻tにおける瞬間の速度 »(t) の式を予想せよ。 (3) (1) より, 時刻tにおける瞬間の加速度 a(t) の式を予想せよ。 B. 物体が初速0m/s で落下する様子を観察したところ, 以下のようなデータが得られた: 経過時間 [s) 0 1 2 3 4 5 6 7 落下距離 (m) 0 4.9 19.6 44.1 78.4 122.5 176.4 240.1 T [m/s) a [m/s°] (1) 上表のうち, 平均の速度7, および平均の加速度aの空欄を埋めよ。 (2) (1)より, 時刻tにおける瞬間の速度 »(t) の式を予想せよ。 (3) (1) より, 時刻tにおける瞬間の加速度 a(t) の式を予想せよ。 このような落下する物体の加速度 は重力加速度とよばれる。

（2）において、ストッパーがはずれると外力がなくなるため運動量保存かな？と思って式を立てていったのですが、よくかんがえると最初ストッパーから外力を受けているから前後での運動量って保存しないと思ったのですが違うのですか？..でも解答では運動量保存使ってるから保存してるんですよ... 続きを読む

曲面 AB と突起Wからなる質量 A 小球 m Mの台が水平な床未上にあり,台の左 (リ 側は床に固定されたストッパー Sに 接している。Bの近くは水平面とな っていて,そこからんだけ高い位置 にあるA点で質量 m(m<M)の小 W ん 台 M S B 床 球を静かに放した。小球は曲面を滑り降りて突起W に弾性衝突し,台 はSから離れ,小球は曲面を逆方向に上り始めた。台や床の摩擦はな く,重力加速度をgとする。 (1) 突起 Wと衝突する直前の小球の速ざはいくらか。 小球が Wと衝突した直後の,小球と台の速さはそれぞれいくらか。 (3 小球が曲面を上り,最高点に達したときの台の連さはいくらか。 また,最高点の高さ(Bからの高さ)はいくらか。 次に, ストッパーSをはずして, 台が静止した状態で, 小球を A点 で静かに放す。 (4) Wに衝突する直前の,小球と台の速さはそれぞれいくらか。 (5) Wとの衝突後, 小球が達する最高点の高さはいくらか。 (東京電機大+日本大)

物理 力学です。(4)のPの運動方程式について、なぜ慣性力を考慮しなくていいのかがわからないです。

10運動方程式 水平面上に置かれた質量 Mの 箱Qの中に質量Mの小物体Pを 入れ、静止状態から箱に外力F, を水平右向きに加えて運動させ る。PとQの間の静止摩擦係数を μo)動摩擦係数をμとし、Qと水平 面の間の動摩擦係数もμとする。重力加速度をgとする。 まず,F=Foのとき,P, Qは一体となって運動した。 (1) 加速度を求めよ。 (2) PがQから受けている摩擦力カの大きさげを求めよ。 (3) P, Qが一体となって運動するためには, Foはいくら以下でなけ ればならないか。その限界値 F,を求めよ。 次に, F= F(> F)として, 静止状態から動かすと, Pは箱Qに 対して滑って動いた。 (4) Pの加速度aとQの加速度Aをそれぞれ求めよ。 (5) はじめPはQの左端から1の距離の所にあったとする。PがQの 左端に達するまでの時間tを求めよ。 最後に,外力は加えず,静止状態から箱Qだけに右向きの初速 voを P F 与える。 (6) Pが1離れた箱の左端に達するためには, voはいくら以上である (鹿児島大+名古屋市立大) べきか。 Level(1)~(4) ★ (5), (6) ★ Point-& Hint (1) P, Qを一体として扱う。 (2) Pだけの運動方程式を考える。 (3) PとQの間に滑りがないので, fは静止摩擦力である。 (4)作用·反作用の法則が大切。 (5), (6)箱Qに対するPの運動(相対運動)を考えるとよい。

円運動の問題です この(2)以降の問題においてなぜ向心力ではなく遠心力で考えるのか教えてください。 またできれば、向心力で考えるか遠心力で考えるかの見分け方も教えていただけるとありがたいです！よろしくお願いします。

30 力学 (5) 最高点F する必要がある。 重力で 石 28 円運動 37 A そ0 長さ1の軽くて細い糸の一端に質 量mの小球をつけ, 他端を点Aに固 定する。また,Aから鉛直下方 のところにある点Bに, 細くて滑ら かなくぎが水平に固定してある。く ぎに垂直な面内で糸を張りながら小 球を持ち上げ,糸が鉛直線となす角 を 0=60° にして, 小球を静かに放 す。重力加速度をgとする。 (1) 小球が最下点Cを通るときの速さ voはいくらか。 (2) 小球が点Cを通る直前での糸の張力 T; はいくらか。また, 点Cを 通った直後の糸の張力 T: はいくらか。 (3) 小球が点Bと同じ高さの点Dを通るときの糸の張力 Thはいくら LECTURE (1) 力学的エネルギー mg(1-lcc 3 4 3 0 F E d B D 0の m に小 最 (2) 直前は半径1 り入れて力の一 カ 5時 Th= mg D糸 わ糸 :2m を近 か。 直後は半 がⅡ (4) 小球が図の点Eに達したとき, 糸がゆるんだ。 ZEBD= α と して, sin α を求めよ。 じ高さの位 により速さ 糸がたるむことなく小球がBを中心とする円弧をえがいて運動し、 Bの鉛直上方-1のところにある点Fに達するためには, はじめの 角0はいくら以上でなければならないか。その角度を lo として, Th と同 cos bo を求めよ。 (筑波大+名古屋大) (3) 点D ギー保 s Fave for Iig School o LLden

(1)でpと網を一体として考えないで解くことはできますか？

7 運動方程式 質量 m [kg], 長さ1 [m]の伸び縮みしない一様な FA 綱の下端に,質量 M [kg]のおもりPをつるし,綱 の上端に一定の大きさの力 F[N] を鉛直上向きに x 加えて引き上げる。重力加速度をg [m/s°]として, M) F> (M+m)g とする。 A(1) Pの加速度を求めよ。 Pal P A2) Pに働く綱の張力を求めよ。 A(3) 綱の上端からx[m]のところでの綱の張力を求 めよ。ただし,0<x<1とする。 A4)はじめ,Pは地上で静止していたとする。鉛直な綱の上端に F=2(M+m)g の力を加えて引き上げたところ, Pが地上ん[m]の 高さに達したとき綱からはずれた。 Pが引き上げられ始めてから地 (九州大) 上に落下するまでの時間を求めよ。

この問題なんですけど、この解き方が違う理由を教えてください🙏 因みに答えはF=(M+2m)gだそうです。 この答えになる理由はわかります。

23 慣性力 69 23 慣性力 東度 質量 Mの直方体Aが水平面上に置 かれている。Aの上に置かれた質量 m の物体Bに糸をつけ水平に張って 軽い滑車にかけ, その先端に質量m の物体Cをつり下げる。 そして, A に水平右向きの力Fを加えて動かす。 摩擦はどこにもなく, 重力加速度を B F A ん 方 gとする。 (1) B,CがAに対して動かないようにしたい。Fを求めよ。 (2) 全体が静止した状態から, Aをgの加速度で動かす。 はじめ水 平面から高さんにあったCが水平面に達するまでの時間をを求めよ。 また,この場合のFを求めよ。 楽 と (横浜国大+東工大) Level(1) ★ (2) ★★ の Point & Hint (1) 全体を「一体化」して運動方程式を立てたい。すると, 慣 性力によるつり合いに入れる。 (2) Aに対しては, BとCは同じ大きさの加速度で動くことがポイント。 Fを求め るとき,Aに働く水平方向のカで見落としやすい力がある。 要注意! 司 D。 LECTURE (1) 全体がひとまとまりになって動いているので, 加速度を aとすると, 運 動方程式は (M+m+m)a=F 慣性力 ma B To A上の人が見ると, BとCは静止し ている。張力をToとすると, 力のつり 合いより To C Cの慣性力もあるが Sくいまは関係ないので 図ではカット。 B: ma = To mg C: To = mg 3) TYOO A

この問題なんですけど、この解き方が違う理由を教えてください🙏 因みに答えはF=(M+2m)gだそうです。 この答えになる理由はわかります。

23 慣性力 69 23 慣性力 東度 質量 Mの直方体Aが水平面上に置 かれている。Aの上に置かれた質量 m の物体Bに糸をつけ水平に張って 軽い滑車にかけ, その先端に質量m の物体Cをつり下げる。 そして, A に水平右向きの力Fを加えて動かす。 摩擦はどこにもなく, 重力加速度を B F A ん 方 gとする。 (1) B,CがAに対して動かないようにしたい。Fを求めよ。 (2) 全体が静止した状態から, Aをgの加速度で動かす。 はじめ水 平面から高さんにあったCが水平面に達するまでの時間をを求めよ。 また,この場合のFを求めよ。 楽 と (横浜国大+東工大) Level(1) ★ (2) ★★ の Point & Hint (1) 全体を「一体化」して運動方程式を立てたい。すると, 慣 性力によるつり合いに入れる。 (2) Aに対しては, BとCは同じ大きさの加速度で動くことがポイント。 Fを求め るとき,Aに働く水平方向のカで見落としやすい力がある。 要注意! 司 D。 LECTURE (1) 全体がひとまとまりになって動いているので, 加速度を aとすると, 運 動方程式は (M+m+m)a=F 慣性力 ma B To A上の人が見ると, BとCは静止し ている。張力をToとすると, 力のつり 合いより To C Cの慣性力もあるが Sくいまは関係ないので 図ではカット。 B: ma = To mg C: To = mg 3) TYOO A

なぜこの問題にてQの位置エネルギーを考えていないんでしょうか

11 エネルギー保存則 35 HCURE (1) Qが最高点に達したとき,Qも Pも一 瞬静止する。この間に失われた(減少し た)のは,P, Qの運動エネルギーとPが しだけ下がったことによる位置エネル ギーである。一方,現れた(増した)の 本エ SE 静止 A Vo Vo 30° Q h」 he は,Qが Isin 30°高く上がった分の位 置エネルギーだから 6a幅とネしそーぼ?? 基準位置 うmu+3m8+ 3m-vo+ mgl = 3m·g·l sin 30° 1 4° 2 =D1 Mへ 1 運動エネルギーがmus+3muだけ失われ, 位置エネルギーが実 1 2 質的に 3mgl sin 30°-mgl だけ現れたとみてもよい。式表現は考え方で変 わってくる。 別解 初めの P, Qの,基準位置からの高さを ん, ha とする。全体の力学的エネル ギーを調べ,「はじめ=あと」とおいてもよい。 ★)5) 1 2 1 ;mue+ mghi +:3mv?+3mgh2 nto! 2 静止 =0+mg(hi-1) +0+3mg(h2+1 sin 30°) 両辺から mgh., 3mgh2 は消え, 上の式 と一致してくる。 Vo の(9) L と *……ャーー L 静止 30° ( J (2) 力学的エネルギー保存則より, Qが Aに戻ったときの速さは10となる(P も)。位置エネルギーが元の値に戻る ので、運動エネルギーも元の値になる からである。 Vo A点に戻ったときの Gく速さはvo であるこ とを見抜きたい。 取下点Cで止まるから,失ったのは P, Qの運動エネルギーとQの位置 エネルギー。一方, 現れたのはPの位置エネルギーと摩擦熱。 no X0 :3mu+3mgL sin 30° 2 2 -mu? + 2102 A O 上 OA

Pのみに力学的エネルギー保存則を使ってしまい間違えました。なぜこの問題でQまで含めて考えないといけないのですか？

34 力学 0 物理 浜島 A5判 w 11 エネルギー保存則 LECTURE Vo (1) Qが最高点 瞬静止する。 た)のは,P, C 質量mの小球Pと3mの小物 体Qを糸で結び、Qを傾角30°の 斜面上の点Aに置き,糸を斜面 と平行にし、滑車にかけてPを つるす。斜面は点Aの上側では 滑らかであるが、下側は粗く, Qとの間の動摩擦係数はっで、 ある。Pに鉛直下向きの初速 20を与えたところ,QもVで点Aから動 き出した。重力加速度をgとし、エネルギー保存則を用いて答えよ。 X)Qの達する最高点Bと点Aとの距離1はいくらか。 ) Qはやがて下へ滑り点Cで止まった。AC 間の距離Lはいくらか。 Q SB 3m の カ P →ーレ しだけ下がっ m 30°。 ギーである。 コ学 ぶす0 は,Qが Is 置エネルギー 良問 出 三島 5判 mvs? 運動エネ 質的に 3mg わってくる 別解 初めの ギーを調べ。 Level(1) ★ (2) ★ Base カ学的エネルギー保存 1 2 -mvs?+ から っm+位置エネルギー=ー定 Point & Hint 6のる =0+mg(た 両辺から Pの重力 mg よりもQの重力 理中?? の斜面方向の分力 3mg sin 30° 2 ※ 位置エネルギーには, 重力の位置エ (ネルギー mgh やばねの弾性エネ と一致して のほうが大きいので, 静かに放 せばQが下がり Pが上がる状況。 運動方程式でも解けるが,エネ ルギー保存則で解かなければな らないし,そのほうが早く解け 1 っex? などがある。 (2) 力学的 ルギー Aに戻っ ※ 摩擦がないとき成り立つ。厳密には 非保存力の仕事が0のとき成り立つ。 も)。位 ので、運 る。 からでお (1)摩擦がないので力学的エネ ルギー保存則が成り立つが, PとQが糸を通して力を及ぽし合い, エネルギーの やり取りをしているので, PやQ単独では成立しない。 全体(物体系)について扱 うこと。運動エネルギーと位置エネルギーの総量が保存されるが,失われたエネ ルギー = 現れたエネルギー とすると式を立てやすい。 (2) 元の位置に戻ったときの速さをまず押さえたい。その後は摩擦があるので, 摩 擦熱を取り入れ,エネルギー保存則を立てる。 最下上 エネル: 明と豆作用 iSb 摩擦熱 = 動摩擦力×滑った距離 -N ミ