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物理 高校生

この問題がわかりません教えてください!

東京 R O ブェノスアイレス 図1地球貫通エレベータ 図1のように地球に東京から地球の中心を通り、アルゼンチンのブエノスアイレス (1400km 程ずれますが)までトンネルを掘り、直通のエレベータを作ろう。 このトンネ ルの中は真空とし、再辺で動かそうと思う。地球の密度pは均一であるものとする。摩擦 もない。地球(質風、Me) とエレベータ (質量、 m) の間の力は、万有引力の法則が成り立 ち、地球の半径を R、 万有引力定数をGとすると地表では、 , Mcm F=-G- R =-mg, という万有引力が働く。 ここでgは重力加速度である。しかしながら地球の内部に入って 行くと、ニュートンのシェル定理によって中心からエレベータの位置までの質量のみがカ を及ぼし、それより外側に位置する分の質量からの寄与は相殺される。以下の問いに答 えよ。 1. 半径zまでの質量を M(z)とする時、 その深さでの寄与する万有引力F(x) を記せ。 2. 地球が球体であるとした時に、 地球の質量 Mc と、 半径rまでの質量M(x) を、 半 径Rと密度pを用いてそれぞれ表わせ。 3. ここまでの結果と、 (1) 式を用いて、 F(x)の表記から、 McとGを消去し、 カ F(z) を」とRとむを用いた表式に直せ。 4. エレベータの運動方程式を書き下せ。 5. 運動方程式を解け。 但し、t=0で、 r=R、 "=0であるとする。 6. 東京からブエノスアイレスまでの所要時間を求めよ。 7. 地球の半径をR=637x10°m、 重力加速度、g=9.80m/s° とし、 所要時間の値を 分単位で求めよ。

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物理 高校生

1(3)がわからないので教えてください。

4 1等加速度運動 A) 標準問題 必開や1.〈速度の合成〉 図1のように両岸が平行な川がある。川の流れの速さ は川の中ではどこでも一定で, 岸に対し平行にvo [m/s] であるとする。また, 岸に対し垂直の線の両端を A, B とし,AとBの間の距離をL[m] とする。この川を船 で渡るとき,実際に川を渡る船の向きと速さは, 静止し た水に対し船を進めようとする向きと速さとは異なって くる。船の大きさは無視できるものとする。 (1) 静止した水に対する船の速さは 2vo [m/s] であるとし, 船が岸に垂直に, 点Aから点Bに 進むためには,船は直線 AB に対し, 川の上流方向に角度ア る必要がある。その結果, 船は直線 AB上を進む。 AB 間を横断する時間は 川の流れ Vo 船 図1 だけ傾いた向きに進め O 「イ×- (s] である。 Vo (2)船を静水に対する速さ 2vo [m/s] で直線 ABの向きに進めたとき, 実際には直線 ABに 対し川の下流のほうに傾いた向きに進む。このときの実際の船の進む向きでの速さは |ウ× o [m/s] で, 船が対岸に到着する地点の点Bからの距離は エ×L [m] とな る。またこのときの対岸までに要する時間は オ× [s] である。 Vo (3) 図2のように,岸にそって下流へ向かって一定の速 さで走る自動車があり, 船が点Aを出発すると同時に 自動車は点Bを通過するとする。 船を対岸に向かって 進め,自動車と出会う点を点Cとする。自動車の速さ と船の静水に対する速さがともに2v0 [m/s] である場 合,点Cに到達するためには, 静水に対し船を進める 向き0を,直線 ABに対し下流の方向に カ]°と すればよい。実際の直線 AC にそった船の速さ vはキ]×vo[m/s〕, 点Cと点Bとの 自動車 B 200 川の流れ Vo 船 図2 距離は ク×L[m] となる。また点Cに到達するまでに要する時間はケ×- Vo [s] である。 【近畿大)

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