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物理 高校生

類題1の解き方を教えてください!

例題1 壁に立てかけた棒のつり合い A 水平な床からなめらかで鉛直な壁に,質量 m で長さLの 一様な棒を,壁となす角0で立てかけたが,棒は倒れなか った。棒の重心は棒の中点にある。このとき,棒と床との 接点Bで棒にはたらく静止摩擦力の向きと大きさを答えよ。 ただし, 重力加速度の大きさをgとする。 0 L 5 B 指針 棒にはたらくカを図に描き, 剛体のつり合いの条件を考える。このとき, 力のモーメントのつり合いは任意の点のまわりで考えてよい。 解 図のように,棒には次の力がはたらく。 ·重心Gに,鉛直下向きに大きさ mg の重力 · 壁との接点Aで, 水平右向きに大きさ N,の壁からの垂直抗力 . 床との接点Bで, 鉛直上向きに大きさ N。の床からの垂直抗力 * 床との接点Bで, 水平左向きに大きさFの床からの静止摩擦力 これらの力がつり合っていることから, 次式が 成り立つ。 水平方向:N.-F=0 鉛直方向:N2-mg=0 点Bのまわりの力のモーメントのつり合いより, 10 N, 15 -2 G Lcos0 -N.Lcos0+mg· Lsin0=0 AN。 1 20 式0, 3より, F= -mgtan0 2 mgy よって, 棒にはたらく静止摩擦力は, B 水平左向きにっmgtan0である。 2 Lsin@ 例題1の解では, 点Bのまわりの力のモーメントのつり合いを求めたが、 力のモーメントは任意の点のまわりで考えてよい。上で求めた解を果いて、次 の点のまわりの力のモーメントもそれぞれつり合っていることを礎 類題 25 (1) 点A (2) 点G(棒の重心) (3) 点P(壁からの垂直抗力と床からの垂直抗力の作用線の交点) 全! 古 エ )

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物理 高校生

物理 画像のライン部についてですが、なぜそうなるのか、なぜ分力として考えるのは間違っているのかを教えて下さい

16:40 3月30日(火) 全 33%■ 日本物理教育学会北海道支部会報「物理教育研究 Vol.42」 (2014) の反作用である.R は,通常,抗力と呼ばれる.抗力とは, えているのかも知れない.はじめは抗力だけを書くように指 先の Wikipedia の表現を借りるなら,「物体が面を押してい るとき,作用反作用の法則により,同じ大きさで反対向きの, 固体の面が物体を押し返す力」(一垂直抗力の場合にあった 導することで,このような誤解を減らせることを期待したい。 力の作用点については,高校物理では,これまではあまり 重視されてこなかった気がする.しかし,力が“どこから” “垂直な成分に対し”の部分がない)となる。 はたらくのかは,力が “何から” “何に”“どのように” 筆者が本稿で提案したいのは,高校では,現在の主流であ る最初から垂直抗力と摩擦力を別々に書く方法ではなく,面 倒でも2段階に分けて,はじめは抗力だけを書き,その次に はたらくかに負けず劣らず,正しい力の概念を形成する上で 相当重要であるように筆者は思う、垂直抗力と摩擦力の作用 点が離れているような図は,定評のある書籍類ではさすがに 垂直抗力と摩擦力に分解するという指導である。 例えば,斜面にのっている物体にはたらく力を考えるとき は,次のようになる。 見たことはないが,例えば,垂直抗カ,摩擦力,重力がすべ て同じ作用点から出発している図一 その方がベクト ルを合成するときに便利だからという理由からだろうが一 ー-ーは見たことがある1,このような図は教育的ではない ので,高校の指導では絶対に書いてほしくないと思う. 最後に,これとよく似た話を紹介してこの節を終わろうと 思う,滑らかな斜面上の物体の運動の指導の際,加速度は, 垂直抗力と重力の合力により生じると説明すべきところを 重力の斜面下向きの分力により生じるとする説明を時折見 かけるが,このような指導は不適切だからやめるべきである, との主張がある。厳格過ぎると思われる向きもあるかも知れ ないが,ニュートンの第2法則の本来的な意味を考えると, 十分背ける主張である。物理教師は,斜面上の物体の問題を 見ると,条件反射的に,重力を斜面の平行方向と垂直方向に 分解するが,度が過ぎて,最初から重力を斜面の平行と垂直 の2方向に分けた図を書いてしまうと,このような異に陥り mg 図4 抗力Rは条件や状況によって様々である。 物体が静止または等速直線運動している場合のRは,大き さが mg に等しく向きは鉛直上向き,作用線は重力の作用線 やすくなる。注意が必要である。 に重なる。 (図4) H r!日 A エ」A T! デ +1L 」 ミ1。 L!吉

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物理 高校生

垂直抗力の作用点がなんで右にずれるのか教えてください

町還itoっりぁい 粗い床上に, 重き , 誠の点A。 Bは, 高さg, 直方体の側面に平行で はじめ直方体は静止していたが, 幅のの直方体が還かれている。 重心を通る断面の点を表 す。点Aに糸をとりつけ, 水平右向きに大きさ婦の張力で引いた。 7のを徐々に大きくすると, やが て点Bを回転軸と して倒れた。 次の各間に答えよ。 (二) 発展問題 137 1) 直方体が静止しているとき。, 直方体が床から受ける垂直抗力の作用点は, 点から 左向きにいくらの距離にあるか。 2) 直方体が回転し始めるのは。 7がいくらをこえたときか。 (3⑬) 床と直方体の間の静止摩擦係数 は, 垂直抗力の作用点は, アー0 のとき に重力の作用線上にある。 を大きくすると, 作 用点は徐々に右側にずれていき, やがて底面から 外れたとき, 直方体は点Bを回転軸として倒れる。 : (1) 垂直抗力をW, 点 Bからその作用点まで の距離を, 静止摩擦 カカを万とすると, 直方 体にはたらく力は図の ようになる。 鉛直方向 の力のつりあいから, P に ち = …① トー 3 点Bのまわりの力のモー メントのつりおM ] ら, テー7gー ールAz=テ0 …② | 志方体がすべらないためには, いくらより大きくなければならないか。 二2 とたっすのでーーーて 式やを②に代入して, ぅ大 (2) 7を大きくすると, 垂直抗力の作用点は右 側にずれる。(1)のxが0 になるときの張力を 作 とすると, 張力がこれよりも大きくなると か"黄 も アァ 倒れるので, 0= ぅ~刻“ 7ニテ 2 (3) 直方体にはたらく水平方向の力のつり あい から, /ど=テアの …③ =んAV これに式①, ⑧を代入して, 73zP これから, 7が/をこえる と直方体はすべ り始める。 直方体はすべる前に仙れるので 6 ひ の<z <ん 。 2 計

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物理 高校生

(3)を解説お願いします。 回答だと少し理解できません。

| 碗展例題唱2JLXOE7EA (人 発展問題137 粗い床上に, 重き 。高さZ, 幅の直方体が置かれている。 しーー 生 図の点A, Bは, 直方体の側面に平行で重心を通る断面の点を表 す。点人に終をとりつけ, 水平右向きに大きさ婦の張力で引いた。 はじめ直方体は静止していたが, を徐々に大きくすると。やが B の て点Bを回転軸として倒れた。次の各問に答えよ。 (⑪) 直方体が静止しているとき, 直方体が床から受ける垂直抗力の作用点は, 点Bから 左向きにいくらの距離にあるか。 (⑫) 直方体が回転し始めるのは, がいくらをこえたときか。 (3) 床と直方体の間の静止摩擦係数んは, いくらより大きくなければならないか。 『攻3議蘭 下直抗力の作用点は。 7ー0のとき : 1 きき : 。素①を②に代入して。 *ーをーーe に重力の作用線上にある。 7を大きくすると, 作 : 用点は徐々に右側にずれでいき, やがて底面から : (2) のを大きくすると, 垂直抗力の作用点は右 外れたとき, 直方体は点Bを回転軸として倒れる。: 側にずれる。(1)のが0になるときの旨力を 人のとすると, 張力がこれよりも大きくなると の ⑪) 垂直抗力をW, 点 ト 1 ゝ外4 Bからその作用点まで 倒れるので, 0=ニテー稼2 mー5。W の距離をィ, 静止摩擦 (3) 直方体にはたらく水平方向の力のつり あい カカを刀とすると, 直方 し0 aa …⑨ : 直方体がすべらないためには, =uV 体にはたらく力は図の ようになる。 鉛直方向 これに式①, を代入して, 7ミミzW これから, 7が をこえるとる直方体はすべ のカカのつりあいから, ププ っ =玉 …① 人 り 始める。直方体はすべる前に個れるので 点Bのまわりの力のモーメントのつりあいか 5 2 をcz >を ら, PみーZg-Aw=0 …②

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物理 高校生

(3)を解説お願いします。 回答だと少し理解できません。

| 碗展例題唱2JLXOE7EA (人 発展問題137 粗い床上に, 重き 。高さZ, 幅の直方体が置かれている。 しーー 生 図の点A, Bは, 直方体の側面に平行で重心を通る断面の点を表 す。点人に終をとりつけ, 水平右向きに大きさ婦の張力で引いた。 はじめ直方体は静止していたが, を徐々に大きくすると。やが B の て点Bを回転軸として倒れた。次の各問に答えよ。 (⑪) 直方体が静止しているとき, 直方体が床から受ける垂直抗力の作用点は, 点Bから 左向きにいくらの距離にあるか。 (⑫) 直方体が回転し始めるのは, がいくらをこえたときか。 (3) 床と直方体の間の静止摩擦係数んは, いくらより大きくなければならないか。 『攻3議蘭 下直抗力の作用点は。 7ー0のとき : 1 きき : 。素①を②に代入して。 *ーをーーe に重力の作用線上にある。 7を大きくすると, 作 : 用点は徐々に右側にずれでいき, やがて底面から : (2) のを大きくすると, 垂直抗力の作用点は右 外れたとき, 直方体は点Bを回転軸として倒れる。: 側にずれる。(1)のが0になるときの旨力を 人のとすると, 張力がこれよりも大きくなると の ⑪) 垂直抗力をW, 点 ト 1 ゝ外4 Bからその作用点まで 倒れるので, 0=ニテー稼2 mー5。W の距離をィ, 静止摩擦 (3) 直方体にはたらく水平方向の力のつり あい カカを刀とすると, 直方 し0 aa …⑨ : 直方体がすべらないためには, =uV 体にはたらく力は図の ようになる。 鉛直方向 これに式①, を代入して, 7ミミzW これから, 7が をこえるとる直方体はすべ のカカのつりあいから, ププ っ =玉 …① 人 り 始める。直方体はすべる前に個れるので 点Bのまわりの力のモーメントのつりあいか 5 2 をcz >を ら, PみーZg-Aw=0 …②

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