問題とは直接関係ないのですが、(7)の図のx1→x3→x4で、等速度運動しないのはなぜか教えて頂けませんか？ 静電気力が小さくなることで、x1以降は摩擦力が静電気力と釣り合うようになり、加速度が0になることから等速度運動する、という風にはならないのでしょうか？

(1) nまでは等速度運動だから、力がつり合う。点Oから離れるにしたが。、 て左向きの静電気力 qEが増し、それに応じて静止摩擦力が右向きに地」 ていく。やがて、おでは最大摩擦力umg に達する。そこでの電場の強さ E= より 電気 13 静電気·単振動 47 HE 13 静電気·単振動 水平右向きにx軸をとり,原点を0 電場 電場 とする。水平方向に -ax で表される -出mg aq q*a =mg 電場(電界)をかける(xは座標で, aは 図P 正の定数)。そして,水平右向きにベ ルトを一定の速さで動かす。正電荷q は向きを含めて 一g"axと表せる(ばねの弾性力と類似)ので ド=-aqx + mmg ベルト (2) Pはベルトに対して左へ滑るので、動摩擦力は右向きに働く。静電気。 を帯びた質量 mの小物体Pを点Oの位置でベルト上に置くと,Pは F=-aq (x-mg) aq (3) 上式を変形すると ベルトに対して滑ることなく動き始めた。Pとベルトの間の静止摩 これよりPはェ= mg(< x)を振動中心として単振動をすることが aq 擦係数をL, 動摩擦係数を μ(<μ)とし, 重力加速度をgとする。 ベルトは帯電しないものとする。 分かる(復元力の比例定数K=aq)。 もちろん。振動中心で最大の速さとなるので 出mg aq Pはやがて位置:x=(1) ]で滑り出す。 その後のPに働く合力F は,Pの位置xを用いて, F=(2) (4)単振動のエネルギー保存則(Fエッセンス(上)p79)より と表せる。Pはx=bで一瞬 静止した後,左へ戻り, 位置 x2=D (3)で最大の速さ Um=L(4) となる。x=bから x2に至るまでの時間は カ=D(5) である。その 後,Pは x =(6) で再び一瞬静止し, 右へ動くが, x4=(7) でベルトに対して静止し, 再び滑り出すまでには, ベルトの速さを (関西大+大阪大) K(b-xx)?= るV | aq = (b-mg aq V aq m (5) 右端から振動中心に移るまでの時間だから、周期Tの一である。 m- m Vとすると,tz=(8)の時間がかかる。 (6) は左端で、振幅A=b-xだけ、 中心xxの左側にあるので(次図を 参照) =-A= 2xーb=mg なお,(4)は、。=Ao =(bーx)·2x/Tとして求めてもよい。 Level(1), (2) ★ (3)~(6) ★ (7), (8) ★★ ーb aq 会 ( (7) Pは左端から右へ向かって速さを増していく。次図のように, ベルトの 速度Vと同じになるのは, 単振動の対称性から(ベルトに対して滑り始め た)位置xと振動中心をはさんで同じ距離だけ左に離れた位置 xx となる。 Point & Hint 力学としては,ばねに付けられた物体の, 動くべ ルト上での運動と同等である。 自然長 ma P V (2) Pはペルトに対して左へ滑る。 すると動摩擦力 の向きは…。 ベルト V Oms (3)~(6) (2)の合力Fの式から運動 (地面に対する運 動)が確定する。そして,いろいろな量が求められる。ん (7) Pの速度がベルトの速度と一致するのは…。 それまでの運動のもつ対称性 0 を利用したい。 単振動のエネルギー保存則で考えてもよい。振動中心から同じ距離だけ 離れた位置での単振動の位置エネルギーは等しいから, 運動エネルギーが (つまり速さが)等しい。 次図より . = 2xーx= aq mg (2h-) X- = Xー A A 左端 中心 右端 b -V ロー 赤点線は単振動 黒点線は等速V (8) xに達するまでは, Pはベルトに対して左へ滑り, (2)の「Fに従う単振 動であったが、いったんベルトに対して止まると,静止摩擦力に切り替わ り,Xに達するまではベルトと共に等速Vで動く。 ね= 2(x- x) V X-X 2mg ミ) agV

名門の森32番の(5)番で質問があるのですが、 最後の三角関数の式は(2/d√k/m cos√k/m(t-π√m/k)はどのように式変形すれば答えに書いてあるようになるのですか？ 教えてください。

96 力学 ECHURE (1) Aの座標を と表されるの 32 単振動 ばね定数kの軽いばねを滑 らかな水平面上に置き, 右端 に質量mの小物体Aを付け。 左端を固定する。ばねの方向 にx軸をとり,ばねが自然長 のときのAの位置をx=0 と する。そして、質量3mの物 体BをAに押しつけて, ばね を自然長からdだけ縮めた後。 静かに放す。 (1) 動き始めてからしばらくの間は, AがBを押しながら運動する。 このときAがBを押す力の大きさNをAの位置:の関数として表せ。 (2) AとBが離れるときのAの位置:および, 離れた後のBの速さ u を求めよ。 (3) 動き始めてからAとBが離れるまでの時間 toはいくらか。 (4)Bを放したときを時刻=Qとして, Aの位置xの時間変化を表 すグラフを上の図に描け。 0mmm LAS 0 AはBから」 えて、Aの道 d A: m この式は ばねが自然 性力が左向 一方,F 2。 Sto 0.2カ (2) BがA つまり ばねが縮 然長を超 なお、 の上で 自然 カた(5) t2(to)での Aの速度ムを時刻tの関数として m, k, dを用いて 一体と 時 じゃない 表せ。\まではACBO年院)(山口大+東京学芸大) Level(1)~(3) ★ (4) ★ (5) ★★ (3) 離 Base ばね振り子 (x= Point & Hint O O なる (1)作用·反作用と, xが負の値であるこ とに注意して, 運動方程式を立てる。 (2) 離れるときに注目すべき量は… ? (4) 2つの量を求める必要がある。 (5) 単振動の時間変化は sin ot や cos.ot を用いて表すことができる(位置速度。 加速度,力について)。 周期 m T= 2π\ R m 振動中心は力の 0 O つり合い位置 ※ばねの力のほかに一定の力 と が加わっても周期は不変。 た レ……… F00m-

読んでいただいてありがとうございます。 力学の質問があります。 こちらの問題の（2）なのですが、私はカエルの出したエネルギーというのが、どうにも気持ち悪くて、画像2枚目のように力積で考えてみたのですが、答えが合いません。。 どこで間違ってしまっているのでしょうか。 どなた... 続きを読む

カ学 58 天井からつるした滑車の両側に,それぞれ質 量mの皿A, Bをつるし、 皿Aに質量 Mの蛙、 皿Bに同じ質量Mのおもりをのせてつり合わせ る。I, 蛙, おもり以外の質量は無視できる。 この蛙は,床では高さんまで鉛直にとび上が れる運動エネルギーを出せるものとする。蛙が 同じエネルギーで皿Aから鉛直にとび上がると き、以下の間に答えよ。蛙の大きさは無視する。 0(1) 蛙が皿からとび上がるときの床に対する初 速度の大きさをVとし, 皿Aが床に接近する初速度の大きさかた 19 保存則 19 保存則 59 M V M+2m リ= 正の向きを 決めるのに 運動量保存則が成り立つためには, 物体 系に外力が働かないか, 働くとしても, そ GくUターン形 x4 x の座標軸を の力が0であればよい。 考えている。 M M (2) 蛙が出したエネルギーは Mgh であり, いまは,それが全体の運動エネル いだしたし4んかし 20 ギーに使われているから Mgh = ;MV2+小(m+M+m) 1 2 A B 2 (M+2m)gh M+m のを代入してVを求めると V= (3) 蛙がとんだ後の,皿とおもりの系につ いても1次元化を利用すると,加速度を a (M+m)g M, m, およびVで表せ。 X (2) 蛙の初速度の大きさ VをM, m, h, および重力加速度gで表せ。 (3) 蛙が皿Aから離れる距離の最大値はんの何倍か。ただし, I皿と床 の衝突はないとする。 mg aとして o。 (m+ M+m)a=-mg+(M+m)g M a= (埼玉大) M+2m IAの加速度は鉛直上向きにaであり, 蛙の加速度は下向きの重力加速 度gだから,皿に対する蛙の相対加速度は,上向きを正として,-gーa と なる。一方,相対初速度は Vー(一) =DV+v であり, 最も離れたときの Level(1)~(3) ★★ 相対速度は0だから Point & Hint (1)問題を1次元に焼き直して考えてみるとよい(問題24 (1参照)。すると, 物体系に対して重力という外力が左右に働くことになるが,そ の合力は……。 0°-(V+v)? = 2(-g-a)h' h'は距離の最大値である。①, ②, ③より, V,v,aを代入してんを求め 「保存則」というタイトルが大きなヒントになっている。 ると(①を用いてひをVに直してから②を代入するとよい), h'=h よって,1倍 (3)運動方程式を用いて, 皿Aに対する蛙の運動(相対運動)を考える。 10。 ECHURE (1) 次元化すると次のような力学系と同等である。外力としての重力は丘 右とも(M+m)g と等しく。 合力は0となっている。よ って, 運動量保存則が成り 立つ。右向きを正とすると Q 蛙が皿Aから最も離れる時と,蛙が床に対して最高点に達する時では、 どちらが先に起こるか。計算ではなく、定性的に考察してみよ。(★★) (M+m)g Mg や蛙 (1)で蛙がとび上がるときAを押す力を N, 糸の張力をT, その際の時 間をAtとする。蛙,A, Bとおもりの一体,についてそれぞれ力積と運 動量の関係式を記し, 次に運動量保存則を導いてみよ。 (★) mg 滑らかな水平面 0=-mu+MV- (M+m)u

(3)の最高点を求める問題で、小球が高さhの点にいる時にストッパーによる非保存力が働いていると思うのですが、なぜ系全体の力学的エネルギー保存が使えるのですか？

53 17 保存則 17 保存則 曲面AB と突起Wからなる質量 Mの台が水平な床上にあり, 台の左 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 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。 A 小球 m W 台 M S B 床 X す) 000突起Wと衝突する直前の小球の速さはいくらか。 00の 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速さはいくらか。 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 度 ば 置 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。 0OO 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) Level (1) ★★ (2) ★ (3) ★ (4), (5) ★★ Point & Hint 2 弾性衝突は運動エネルギーが保存される衝突だが, 反発係数 e=1 で扱いた い。 13 最高点に達したとき、小球は台に対して一瞬止まる。水平方向には外力がない ので、ある保存則が成り立つ。後半はもう一つの保存則を用いる。 ただし、 物体 系に対して適用する。 4) 2つの保存則の成立。 5(3)と同様に考えるのが正攻法だが, . もっとスッキリと解ける。 x

(2)についてですが、自然長位置で離れた後Bはuで等速運動をするから離れる瞬間の速度を求めてそれを解としていいてことですか？ 問題文に「離れた後」とあったので迷いました。

U03 JIUT31 |314|315 336 337 338 339 340 341 96 カ学 66 367 368 369 370| 371 32 単振動 ECURE d らかな水平面上に置き, 右端00 m「AB に質量mの小物体Aを付け, ばね定数kの軽いばねを滑 (1) Aの座標= と表される。 0 6 AはBから 左端を固定する。 ばねの方向 えて、Aの にx軸をとり,ばねが自然長 のときのAの位置を x=0 と する。そして,質量3mの物 体BをAに押しつけて, ばね を自然長からdだけ縮めた後, A: n この式に 0 2t。 3t。 ばねが自を 性力が左 一方, 203 静かに放す。 0, 2 (1) 動き始めてからしばらくの間は, AがBを押しながら運動する。 このときAがBを押す力の大きさNをAの位置×の関数として表せ。 (2) AとBが離れるときのAの位置×および, 離れた後のBの速さ (2) Bが上 つまり を求めよ。 (3) 動き始めてからAとBが離れるまでの時間 to はいくらか。- (4) Bを放したときを時刻 t30 として, Aの位置xの時間変化を表 すグラフを上の図に描け。 (5)t2oでのAの速度U。を時刻tの関数として m, k, dを用いて ばねが紀 然長を走 なお、 の上で 自然 一体と 表せ。 (山口大+東京学芸大) Level (1)~(3)★ (4) ★ (5) ★★ (3) 離

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

この問題の解き方が分かりません。教えてください

-ージで学んだように, ū キ0, 5 キ0でa, 万が平行でないとき, ベクトル pはka+lb の形にただ1通りに表される。 がって, 次のことが成り立つ。 ka+15 = kā+"5 → k=k, l=" 2直線の交点 AOAB において, 辺OAを2:1に内分する点をC, 辺OBを 3:1に内分する点をDとし,線分 AD と BCの交点をPとする。 OA = a, OB =6 として, OPを4, ūで表せ。 AP:PD = s : (1-s), BP:PC =t:(1-t)とおいて, OF をā, あを用いて2通りに表す。 点Pは線分 AD上にあるから, AP:PD = s : (1-s) とおくと 3 OP = (1-s)OA +sOD D = (1-s)a+sb A B 点Pは線分 BC上にあるから, BP: PC= t: (1-t) とおくと OP = (1-t)OB+tOC = tā+(1-)6 aキ0, 万キ0で, ūと互は平行でない から, ①, ②より 2 1-s= 3 -s =1-t 1 これを解くと 2 t= 2 3 S = OF = + したがって p.106 LevelUp 5,6、 として,OF を. 万で表せ。 p.86 Training 14、 7

至急❗️❗️❗️ まるでくくった部分のH磁界の向きがどのように定まるのか分かりません。どなたか教えて下さい。

電磁気 134 42 電磁誘導 図1のように、絶縁録被覆した銅線を一様に巻いた長さ21のソレフィ ドコイルがある。両端AとCとの間に直流電圧V。を加えたら電 が流れ、コイルの中心P点に強さHの磁場が生じた。コイル以外の 導線の抵抗は無視する。 I 次の場合,電源から流れる電流はI。の何倍になるか。また、P点 の磁場の強さはH。の何倍になるか。 の電圧%の電源の正の端子をBに接続し,負の端子をAとCに 接続する。 (2) B点を中心としてこのコイルを2倍の長さ(41)になるまで一様 っに引き伸ばして固定し,両端Aと Cとの間に電圧 Voを加える。 コイルを元の長さ(21)に戻し, 電圧 V%の電源の正の端子を』 に接続し,負の端子をBとCに接続する。 図2のように,固定したコイルの左端と中央とに,それぞれ銅の リングR., Reがつるされている。スイッチSを閉じたとき、 (4) 電流が定常的になるまでの間に, Riと R2には電流が流れるか。 流れるとすれば,その向きはコイルに流れる電流と同じ向きか、 逆向きか。 (5) Sを閉じた直後, R, と Reは動きだすかどうか。動きだすとすれ ば,その向きは左右どちら向きか。ただし, Ri, R2間の相互作用 は無視してよい。 R」 R2 A B C V。 図1 図2 (東京大) Level (1) o) s

この問題の(3)についてです。私は光学的距離を利用して解こうとしましたが解答とは答えが合いません。どこがおかしいんでしょうか。

208 波動 72 レンズ 容器の底に小さな光源を入れ,光源の真上 10cmの高さのところに,焦点距離8 cmの薄 い凸レンズL」を水平に置く。 (1) 光源の像はL」の上方または下方何 cm にできるか。その像は実像か虚像か。また, 像の大きさは光源の大きさの何倍か。 (2) Liの高さを変え,しかも実像象が(1)の場合 と同じ位置にできるようにするには, Li を 上下どちらへ何 cm 動かせばよいか。 次に, Liを最初の位置に固定する。容器に 前。 方物 (光 光源 HC 透明な液体を4cmの深さまで入れたところ, 光源の実像がLIの上 方 72cm のところにできた。 (3) この液体の屈折率はいくらか。 (1) レ b 次に,液体を取り除き,焦点距離 12cmの薄い凸レンズ L2を Li1の 上方に光軸を合わせて置いた。 (4) Li, L2による光源の像がL2の下方 24cmの位置で虚像となるた 倍 めには, L2をL」から何 cm離せばよいか。また,その像の大きさは 例立に 光源の大きさの何倍か。 立の日 最後に,L2のかわりに焦点距離 12cmの薄い凹レンズL。をL」の上 2) LL 方 30cm に光軸を合わせて置いた。 (5) Li, Lsによる像は Lsの上方または下方何 cm にできるか。また。 と保 1/ その像は実像か虚像か。 (熊本大+東京電機大) Q Level(1), (2) ★ (3), (4) ★ (5) しっ Point & Hint レンズの公式は符号を含めて扱えば,1つの式ですむ。 4. 状態に 6, f は次図のようなケースがスタンダード(正の値)となっている。 (3)屈折率nの液体中,深さ Dにある物体を真上から見ると,屈折のため見かけ の深さは n D となる(エッセンス(上) p 127)。 :の の5 ン 0 v の能