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物理 高校生

車内から見た場合の重りの動きは実線の丸の方でよろしいのでしょうか?

2m m+r (別解)のと,eー1の式, u-Uーー(ル-0) を連立させて解く。 EX2 前間で,エレベーターの床から が切られるので,水平投射に入り、放物 線を描いて落ちていく(下図)。 このように運動は誰が見るかでまるで 変わる。だから「観測者」が重視される。 切ると,おもりが床に達するまでの時間tはいくらか。 84 85 エレベーター内の人は,見たままに B2 運動方程式を立てればよい。この人が a 見た加速度をaとすると, a=g+a 「mag mg 動いているか。 ma=mg+ ma 重力 慣性力 いくそ 慣性力 この間。電車も右へ動く 等加速度運動だから h==at" 2h .=a+d 慣性力を入れれば、乗物(土物。 の動きは封じ込められる 図1 mg 図2 83 力のつり合いより mg N+ma=mng 慣性力 この例のように慣性力は力のつり合いに限らず, 運動方程式でも伸、 だ。これを地面に静止した人が見て解こうとすると一一上昇中に糸を知。 たおもりは投げ上げ運動に入る。 それにエレベーターの床が追いついてい。 ーというわけで大変やっかいなことになる。それをおもりが動いてい。 力のつり合いは . N=m(g-a) m(g-a)は見かけの 重力で、もしa=gと すると(箱を自由落下 させると),N=0となり無重力(無重量) T sin0=ma Tcos 0= mg 水平 船直 mg 号より tan0=9 M の+2 より(sin 0+cos?0=1) T=(ma)+(mg) ;T=m/g+a 状態に入る。 |りょく けにしたのが慣性力の威力というわけだ。 84 箱の中で見れば Pは慣性力ma に 慣性力 よって引きずられる (別解)重力と慣性力の合力である見か けの重力mg'をつくって考えてもよ い(図2)。これと Tがつり合うから, 灰色の直角三角形に目をつければ High エレベーター内の人にとっては, 重力と慣性力を合わせて考えると、。 つも mg+ma=m(g+a)の一定の力が下向きにかかっていることにな まるで重力のようだというわけで,m(g+a)を見かけの重力,o4。 かけの重力加速度と呼んでいる。上の例は「g+々での自由落下, わけだ。では,エレベーター内で物を放り投げたらとう見える? 一もちろん, 答えはg+αでの放物運動だ。 1 - But ことになる。運動方 動摩擦力 程式は,箱に対する 加速度をaとして tan0= ma_c mg g ma= ma-4mg a=d-g Tは斜辺の長さに等しい。 82電車が水平右向きに加速度αで進んでいる。電車 内につるされた質量 m の振り子が0だけ傾いてい る。糸の張力カTと tan0を求め,m,g, αで表せ。 糸を切ると,車内で見ておもりはどのように動くか。 跡を描け。 =a-1 g)? より 糸を切るとおもりは mg'により “自 由落下”をし、直線的に(0方向に)床に 落ちる。 21 a-Hg (参考)もともと慣性力maが最大摩 擦力mgをこえないと動き出さない から ma>omg 83 箱の中に質量m のおもりが置かれ, 箱が下向き にaの加速度で動いている。おもりが箱から受ける 垂直抗力Nはいくらか。 a>Hg24g 答えの平方根の中は正となる。 なお,地上で静止している人が見れば, おもりは水平方向に動いている状態で糸 POINTG *エネルギー年左則

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物理 高校生

物理の力学についてです。 このEXで(1)は分かるのですが(2)について、物体が衝突しているのにも関わらず力学的エネルギー保存則が立てられるのは何故ですか?

64 カ学 VI 運動量 Eトク 等質量の弾性衝突では,速度が入れ替わる。 77の答えが出たら, M=mとしてみると分 かる。たとえば,Qがはじめ静止していると。 衝突してきたPが止まり,Qがりで動き出 65 解(1) Pがばねを押し縮めると同時に,Qは 止まった u ばねに押されて動き出す。ばねが最も縮 んだときとは,Qから見て接近してくる Pが一瞬静止したときでもある。 つまり,相対速度が0となるときだ。し たがって,このときQの速度も いである。 Omの 相対速度0 すことになる。 Qから見た Pの運動 A 78* なめらかな床上に,質量 Mの板が,ばね定数k のばねで結ばれて置かれている。質量m(<M/2) の物体が速さで板に当たるとき,ばねの縮みの 最大値はいくらか。衝突は瞬間的とする。 (1) e=0 (2) e=号の場合について求めよ。 P.Qの速度は同じ M. 運動量保存則より mus=mu+Mu m ひ= m+M m U。 O→ 00000 トク 2物体が動いているとき, “最も……"は相対速度に着目 保存則の威力 (2) 力学的エネルギー保存則より りっきゃく mM = VR(m+M) 力学的エネルギー保存則,運動量保存則とも運動方程式に立脚している。 しかし,保存則は運動方程式を超えた力カを秘めている。たとえば,滑らかな 曲面をすべり降りたときの物体の速さや, 衝突の問題では運動方程式を用い ても事実上解けない。ただ,保存則には適用条件があることは常に意識して Sよっと一言 ここでQ上の人に保存則まで用いさせてはいけない。保存則や 運動方程式は静止系(あるいは慣性系)で用いるべきもの。 ただし,次章で扱う慣性力の効果まで考慮すれば加速度系で用い ることもできる。 おかねばならない。 摩擦,抵抗なし(保存力以外の力の仕事=0) → カ学的工ネルギー保存則 衝突·分裂(物体系について外カ=0) (3) Qの速度をUとすると 運動量保存則より mvo=mu+ MU …0 →運動量保存則 ばねは自然長に戻っているから,力学的エネルギー保存則より 力学的エネルギー保存則は仕事を,運動量保存則は力を条件にしていると いう違いがある。両者はまったく独立な法則であるが,両立することもあり, 連立的に解くタイプは概して難問となる。が,パターンを心得ていれば,取 扱いはむしろ一本調子だ。猛犬を手なずけて忠犬としてしまおう。 mーmM …2 mus Uを消去して整理すると (m+M)u*-2mvsu +(m-M)v=0 2次方程式の解の公式より m土M m+M u=。とすると, ①よりU=0 となって不適(ばねに押されたQは右へ動 いているはず) EX 滑らかな水平面上に質量Mの球Qがばね定 数kのばねを付けられた状態で置かれている。 左から質量mの球Pが速度。で進んできた。 (1) ばねが最も縮んだときのPの速度ひを求めよ。 (2)ばねの縮みの最大値!を求めよ。 (3) やがてPはばねから離れた。Pの速度uを求めよ。 m-M」 テ=n m+M% Vo m High (3)はP, Qがばねを介して級やかな衝突をした後と見てもよい。エネル ギーを失わない弾性衝突だから,e=1の式 u-U=ー(to-0) を②の 代わりに用いるとずっと速く解ける。

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物理 高校生

10番で、グラフの書き方を教えて下さい!

電電はペクトル和 電位はスカラー和 電場が一様でない場合にも, 狭い範 囲では一様とみなせるから, 接近した 2点問ならだニレ/@としてよい。電 位のグラフでは, つつ 0 としたときの /は接線の傾きに対応する。つま り, 電位のグラフでは接線の傾きの大 きさが電場の強さを表す。 \ |接線の傾き| 三電場の強さ 上電符+〇の電位 f High。 レーんQ/ヶの導出については姉妹編 p 161 を参照。 一般に, 電位のグラフを見たら力学の清らかな曲面 。 電位 を思い浮かべるとよい。上の例なら 十9の電荷をァ軸 上に置くと, +O〇からの反発力で動き出すが, そのス 1 ピードは曲面上に置いた小球が転がり落ちるのと同じ 1 ように増していく。gがgzに対応しているからだ。 ただ, 一g の電荷の運動を考えるときは曲面をひっくり返して見ること (z 軸に対称に)。 トにて ⑳) ァy 平面上, (2, 0) の位置に +@, (一6, 0) の位置に 一Q の点電荷がある< 次の点の電位を求めよ。無限遠を基人とする。 < 900 ⑯) B⑥: DCGe: 0 世 前問で, * 軸上での電位を 軸を横軸としてグラフに表せ(概略でよい) 定された0 の点電荷から距離 6 離れた点で, 上 AAM 多 の小 を放した。+@ から 人MCM のおょび分に| に時間 たうたときのさんをポめよく1

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物理 高校生

47でaが正なのに後方に像ができるのはなぜですか?

ア…品レンズは正, 凹レンズは負 み……レンズの前方の光源は正 後 信みっどー胃 ができるケーズ なる。図 3 のは負である< Higr <が負となる 後方の光源とは, 図2,図3で 光を逆行きせた場合にあたる ("物体」は「守像 に変わる)。これは 2 枚のレンズを用いるときに 起こる。右図の点雪の位置に2 枚日のレンズを人 れると, 図のgは負として扱う (め (ぬ 焦点距離 10 cm の凸レンズの前方 15 cm の所に長き 3 cm の棒を光軸に垂直 に立てた。どこにどんな像ができるか。同じ条件で凹レンズの場合はどうか。 失点距離 15 cm の凸レンズL, の前方 6 cm に光源を世いた。像はどこにで きるか。さきらにレンズL。をLの後方 10 cm に早くと, L。 の後方 30 cm に像 ができた。L。 は凸凹か。また, の焦点距離を求めよ。 4の" 焦点距離20 cm の凸レンズと焦点距離40cmの 物体 凹レンズが 40 cm 隔てて置かれている。 凸レンズの前 方30 cm にある長き 20 cm の物体の像はどのように 現れるか。 Ocm em High 四面錠との画伯 四面箕は反射した光を集めるので凸レンズに(相面貸は光を散らすので 帳レンズに)対応させて, レンズの公式を用いればよい。なお, 球画のキ 径をとすると, 作点距離は 二 。 衣 0。伯軸中では光の小隊滞DBE ara 。 。

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