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物理 高校生

⑶です。N≧0だと、0の時に離れてしまうと思ったのですが、なぜN>0ではないのでしょうか。

列題 16 鉛直面内の円運動 図の半径r[m]のなめらかな半円筒の内面の最下点Aに 向かって、質量 m[kg]の小球を水平方向に速さ vo[m/s] ですべらせた。重力加速度の大きさをg[m/s°]とする。 (1)小球が図の点Bを通るときの速さ s[m/s] と, 面 から受ける垂直抗力の大きさ Na[N] を求めよ。 (2) 小球は図の点Cで面から離れたとする。 cos Ooを vo, 9, rで表せ。 (3) 小球が半円筒の最高点Dを通過するためには, Voがある大きさ Umin 以上である必要がある。Umin (m/s] を求めよ。 ID B Vo 解(1)点Aを含む水平面を重 力による位置エネルギー の基準水平面とすると, 慣性力 VB 点Aと点B間での力学 B 的エネルギー保存則より UB° m r NB rcos0_0 1 1 1 2 2 mvo? = 2 mVB 2 mgcos0 mg r + mgr(1 + cos0) よって UB = Vv° - 2gr (1 + cos 0) [m/s] 小球とともに回転する立場で考えると, 点Bで小球には重力,垂 直抗力,慣性力がはたらく。半円筒の中心方向にはたらく力のつり がを…① あいより 2 VB" m r - NB - mgcos0 = 0 の, の式より NB = m Co? - mg(2 + 3cos0) [N] -3③ r (2)点Cでは垂直抗力が0になって面から離れる。 ③式で NB = 0 として 2 Vo° vR - 2gr 3gr (3) 点Dで小球が受ける垂直抗力の大きさ No[N]は, ③式で0= 0と 0= m mg(2 + 3cos0) よって cosθ,= r 2 おくと cos0 =1なので No= m Vo° 5mg r No20であれば, 小球は半円筒を離れずに点Dを通過できる。 よって m Vmin 5mg = 0 より Umin = V5gr [m/s]

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