問3〜問6まで教えてください。

次に,図2のように,再びAを机面上に置き, BをAから少し離れた机面上の位置に 置いて棒で突いた。この後,Bは速さ”で進み,静止していたAと図3のように瞬間的 に衝突をした。衝突の際,A,Bの間で摩擦力ははたらかないものとする。ここで,衝突 をしたときのA,Bの中心の位置をそれぞれ OA, OB として,衝突直前のBの速度の、 線分 OAOB に平行な方向の成分をCP, 垂直な方向の成分を UN とする。ただし、図3に示 した向きをそれぞれ UP, UNの正の向きとする。 up の正の向き (up, up' の正の向き) m 40 m B 図 2 A UP OB B 図3 UN の 正の向き 問3 衝突の際にAがBから受ける力積の向きを表す矢印として最も適当なものを, 図4 (a)および(b)の1~8のうちから一つ選び、番号で答えよ。 ただし, 1,2はそれ ぞれUN, UP の正の向き, 5は衝突直前までBが速さで進んでいた向きである。 A 2 OB 4 B 5 A OA 8A OB B SA (b) 図 4

この問題の(3)の後半についてで、解答には力学エネルギーが保存すると書いてあるのですが、保存する理由は、小球と台が受けてる保存力以外の力は、台がストッパーSから受けてる力のみで、ストッパーは動かないのでF【N】×0【m】=0【J】より、仕事をしていないので、小球と台のに物体... 続きを読む

17 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 A 小球 m h 台 S M W B 床 床 39 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 重力加速度を①とする。 突起 Wと衝突する直前の小球の速さはいくらか。 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 で静かに放す。Ins 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。 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)

Ⅱの（4）をsin cos関数を使って解いたのですが答えが合いませんでした。どこが間違っているのかと正しい解法を教えて頂きたいです。お手数お掛けしますが宜しくお願い致します。

1/25 4/29 pooooooo 33 単振動 ばね定数のばねを鉛直に立て,上端に質量 M の板を取り付け、静止させる。そして,質量mの 小球をこの板の上方んの高さから静かに落下させ る。 重力加速度をg とする。 I. 物体が板と弾性衝突をする場合について (1) 衝突により小球がはね上がるためには,m とMの間にどのような関係が必要か。 33 単振動 99 mmmmm M (2) 衝突後,板ははじめの位置より最大どれだけ下がるか。衝突は 1度だけとする。 II. 小球が粘土のようなもので,衝突後, 板と一体となって運動する 場合について, (3)衝突の際,失われる力学的エネルギーはどれだけか。 (4) 板ははじめの位置より最大どれだけ下がるか。 (東工大) Level (1) (2),(3)★ (4) ★★ Point & Hint TS (1) (3) とくに断りがなければ, 衝突は瞬間的なものと考える。 その場合、重力の 力積は無視でき, 衝突の直前, 直後に対して運動量保存則を用いてよい。 弾性衝 突では全運動エネルギーが保存されるが, 反発係数 (はね返り係数) e=1 として 扱ったほうが計算しやすい。 (2), (4) ばね振り子のエネルギー保存則には,次の2通りの方法がある。 A: 1/12mu2+1/21kx2=定 (xは振動中心からの距離) 単振動の位置エネルギー B: 1/12mo+mgh+1/21kx定(xは自然長からの距離) 弾性エネルギー 12/23kx2 のもつ意味の違いと、xの測り方の違いを押さえておくこと。多くの場 合, A方式の方が計算しやすいが,(4)では注意が必要。

運動量保存の問題です。 (4)です。坂を登る時の摩擦力から加速度を出して等加速度運動と考えてか解きました。 間違えてました。何がいけなかったのでしょうか。

25 水平面 AB と斜面 BC がなだ らかにつながっていて, AB間 は摩擦がなく,傾角6の斜面 には摩擦がある。 AB上で,質 量mの小物体Pが速さvo で, C P A 静止している質量 M の小物体 Qに正面衝突する。 P, Q 間の反発係数 (はね返り係数) を e, Q と斜面の間の動摩擦係数をμ,重力加速度の大 きさをgとする。 B (1) 衝突直後のPの速度vと, Qの速度 V を,右向きを正としてそれ ぞれ求めよ。 (2) 衝突の際,Pが受けた力積を,右向きを正として求めよ。 (3)衝突後,Pが左へ動くための条件を求めよ。 (4)衝突後,Qは斜面上の点Dに達した後, 下降した。V を用いて BD 間の距離を求めよ。 また, Q が点Bに戻ったときの速さVをV (センター試験+ 熊本大) を用いて求めよ。

板に衝突するまでの時間はTを周期として3T/8ではないのでしょうか

問3 図3のように,質量mの物体にばね定数kのばねを取り付け、なめらかな 水平面に物体を置いて, ばねの片端を壁に取り付ける。 ばねが自然の長さのと きの物体の位置を点とする。 点Oからdだけ壁から遠い位置に板を水平面 に固定する。 ばねを2dだけ縮めて物体を静かに放したところ、物体は板に向 かって運動を始め、板で反射した後に物体を放した位置に戻ってきた。 板と物 体の間のはね返り係数(反発係数)は1である。 物体を放してから再び放した位 置に戻ってくるまでに要した時間を表す式として正しいものを、後の①~⑥ のうちから一つ選べ。 3 壁 m k 水平面 2d d 図 3 m (1) ② TT m 3 √ k 2 k ④ mk 4π ⑤ 3 mk 板 ③ 2πT m 3k 3πT ⑥ m 2 √ k

問5の問題がわかりません。 解説のマーカーで線を引いた部分について、なぜ、1/4Tとなったのですか？

体1. 方向 問4 積 12 ③ Point 運動量の変化と力積の関係 物体の運動量の変化は、 積と等しい。 mv2mvy=FAt その間に物体が受けたか m質量 : 変化前の速度, V2 変化後の速度 Fat: 受けた力積 Point! 衝突での作用・反作用の法則 作用・反作用の法則より直線上の小球入 の衝突で小球 A. Bが及ぼし合う力は大きさが等 しく向きが逆である。 そのため, 衝突で小球が小 球Bから受けた力積をIとすると, 小球Bが小球A から受けた力積はと表される。 小球Aと小球Bが衝突したとき, 小球Bが小球 から受けた力積は, 運動量の変化と力積の関係から、 4mv-04mo (右向きに大きさ4mv) である。 作用・ 反作用の法則より 小球 A が小球Bから受けた力 は、4m (左向きに大きさ4mv)である。 問5 単振動の振幅,周期 13 8 Point! 単振動の振幅 小球Bの振動の中心はばねが自然の長さのときの 小球Bの位置(力のつり合いの位置, 小球 A と衝突 した位置)で,単振動の一方の端は小球Bが最もばね を押し縮めた (壁面に最も近づいた)ときの位置であ る。 そして、振動の中心から端までの距離が振幅で ある。 求める距離は,力学的エネルギー保存の法則を用 いると求めることができる。 1/2 =1/2x2 法則を用いると, 1.4mv²= よって, X=20√ 第3問 A 問1 動の周期をT とすると, T=2 衝突直後から小球Bは単振動を始める。この単振 二つの のスリッ 明暗の縞 4m m =4π k 問2 千 小球Bはばねが自然の長さ (振動の中心) の位置か ら単振動を始める。 単振動を始めてからはじめて小球 かばねを最も押し縮めたときまでの時間は 1/17 表されるので, 求める時間は, 1/27=1/2x47 m m =π √ k +α! 単振動の周期 小球Bの単振動の周期を導いてみよう。 ばねが自 然の長さからxだけ縮んでいるとき,水平右向きを 正とすると、小球Bにはたらく力はxと表され る。この力は復元力であり、小球Bの加速度をαと すると、運動方程式は4ma=kxとなるので. a=-- k x と表される。 4m また、単振動の角振動数を とすると a=-x と表されるので、上式と比較して k 小球Bの単振動の周期をTとすると 4m √ k 222 = 4π T= @ +α! 単振動の振幅 m k 単振動の角振動数を とすると, 小球Bが振動の 中心を通過するときの速さと振幅の関係は. k Point 経経反合 ※反 レー S1, S スリ リッ リッ この 光 Point! ばねによる単振動の周期 ばねにつながれた物体の単振動の周期は T=2π m √ k T: 周期, m: 質量 k : ばね定数 衝突直後から小球Bがはじめて壁面に最も近づい たときまでに移動した距離は,小球Bがばねを最も 押し縮めたときのばねの自然の長さからの縮みと考え ればよい。その距離をXとして、衝突直後に小球B が水平右向きに速さ”で動き始めたときとばねを も押し縮めたときについて力学的エネルギー保存の v = Aw= A√ Am (上の+α!のの式を代入) m よって, A=20 √ k (第二

高校物理です。(4)の問題なのですがエネルギー保存則が成立することを前提に、Dの位置ではなく、上がる前のBの位置での力学的エネルギー+摩擦エネルギーでやることは出来ないのでしょうか？ もしできる場合どうしたら出来ますか？？どなたか教えていただきたいです。

25 水平面 AB と斜面 BC がなだ らかにつながっていて, AB間 は摩擦がなく,傾角8の斜面 には摩擦がある。 AB上で, 質 量の小物体Pが速さvo で C P A B 静止している質量Mの小物体Qに正面衝突する。 P, Q 間の反発係数 (はね返り係数) をe, Qと斜面の間の動摩擦係数をμ, 重力加速度の大 きさをg とする。 (1) 衝突直後のPの速度と,Qの速度 V を,右向きを正としてそれ ぞれ求めよ。 (2) 衝突の際, P が受けた力積を, 右向きを正として求めよ。 (3)衝突後,Pが左へ動くための条件を求めよ。 (4)衝突後,Qは斜面上の点Dに達した後, 下降した。 V を用いてBD 間の距離を求めよ。 また, Qが点Bに戻ったときの速さVをV を用いて求めよ。 (センター試験+ 熊本大)

物理のエッセンスからです。 2ページ目のHighのところの「(だから右辺にマイナスがつく)」と書いてありますが、なぜマイナスがつくか分かりません。 分かる方、易しく教えて頂きたいです🙇🏻‍♀️

62 力学 [解説] 直線上の衝突では反発係数 (はね返り係数) e (0≦e≦1) の式が成り立つ。 いろ いろな書き方があり、自分なりの覚え方をしていればよい。 本書では次の形式で いこう。 衝突後の速度差=-ex (前の速度差) 注意すべきは,速度の差であって,速さの差ではないという点だ。 つまり、 正・負を考えて代入しなければならない(差をとるときの物体の順番は両辺で合わ せる)。そこで衝突後の“速度”を未知数とする。上式の左辺は素直に書けるし, 運動量保存則そのものが速さでなく,速度の式だからだ。速度はもちろん地面に 対する速度。1,2を連立させて解けば,答えの速度の符号が運動の向きを教 えてくれる。 EX1 静止している質量MのQに質量mのPが速 ひで衝突した。 その後のP, Q の速度 UP, UQ (右向きを正) を求めよ。 また, Pがはね返る条件 を求めよ。 反発係数をeとする。 P Vo m M 解 運動量保存則より mvp+Mv=mvo ① eの式より Up-VQ=-e(vo-0)2 衝突後 UP VQ ① +M×② と v を消去し (m+M)up= (m-eM)v m-eM Up = Vo m+M ①-mx② より (m+M)vg=(1+emvo ・③ ③ 図示するときは,分か りやすく正としておく (1+e)m VQ= Vo ・④ m+M Up<0だと Pがはね返るためには, up < 0 となればよい。 よってm<eM 一方, は無条件に正だから, Qは右へ動く当たり前だね。 左の方へ Vp 運動 ちょっと一言 運動量保存則を“後=前”のように書いておくと,このように辺々 で速く計算できる。 ちょっとしたテクニック。 こんな問題ではPが受けた力積がよく問われる。「力積=運動量 の変化」 より mu-mv として求めてもよいが、 作用・反作用を利 用し,Qの運動量変化 Mv0 にマイナスをつけた方が簡単だ。

（2） 投げた時に初速度があるのに自由落下として考えていいのはなぜですか？ 壁に衝突前後で鉛直方向の速さが変化しないというのはわかるのですが、それでも投げた時に初速度があるから鉛直投げ下ろしで考えないといけないんじゃないんですか？ 解説をお願いします🙇‍♀️

第1章力学 問題 24 固定面との衝突 図のように,質量m 〔kg) の小球を水平な床の鉛直 上方h 〔m〕の位置から, ([m) 離れたなめらかで鉛直な 壁に向かって、壁に垂直な水平方向に初速度v 〔m/s) で投げたところ, 小球は壁に当たってはね返り, 床に 落下した。 小球と壁との間の反発係数(はね返り係数) をeとし,重力加速度の大きさをg〔m/s2) とする。 (I) 小球を投げてから壁に当たるまでの時間はいくら か。 小球を投げてから落下点に到達するまでの時間は いくらか。 (3) 壁から落下点までの水平距離はいくらか。 物理 衝突によって鉛直方向 (壁に平行な方向) の速度成分は変化しないので 鉛 直方向では壁に当たる前と後に分ける必要はない。 求める時間をた〔s〕とす ると,距離〔m〕の自由落下と考えて、 1 h = 29t22 よって,t= 2h -[s] g [s]である。この (3) 壁に当たってから落下点に到達するまでの時間は 間 水平方向には右向きに速度 ev [m/s] の等速度運動をするので、 求める 水平距離 x[m] は, 2h x=ev(tz-t) = ev [[m] wg v (4) 小球が壁から受けた力積は, 垂直抗力によるものである。 (4) 小球が壁から受けた力積の大きさはいくらか。 Pointe <愛知工業大 〉 物体が受けた力積の求め方には,次の2つがある。 (i) (物体が受けた力) × (力を受けた時間) (解説) (I) 小球を投げてから壁に当たるまでの間, 水平方向には左向 きに速度v [m/s] の等速度運動をするので,求める時間を 物体が受けた力積 t] 〔s] とすると, 01 = vt₁ よって, =- (s) ひ (2) 壁に衝突することで, 速度がどのように変化するか を考えよう。 壁はなめらかなので, 壁と接触している 間に壁から受ける力は、垂直抗力のみである。 そのた め,壁に平行な方向の速度成分 (右図のvy) は変化せず, 壁に垂直な方向の速度成分 (右図のvx) は変化する。 反 発係数をeとすると,次のようにまとめられる。 vx なめらかな壁 Vy → 垂直抗力 evx (ii) 受けた力の方向の物体の運動量変化 この問題では、壁と接触している時間がわからないので, (i)では求められ ない。 (ii) 運動量変化で求めよう。 水平右向きを正として、水平方向の運動量 ま 変化より 内系材(小球が壁から受けた力積)= m.ev-m(-v) 運動量変化 =(1+e)mv〔N・s〕 注 反発係数eの値の範囲は0≦e≦1であり, e=1の衝突を弾性衝突(または完全 弾性衝突), 0e<1の衝突を非弾性衝突, e=0の衝突を完全非弾性衝突という。 toder Vy Point なめらかな壁に反発係数eの衝突をするとき, ・壁に平行な方向 壁に垂直な方向 52 52 速度成分は変化しない。 ・速度成分は向きが逆に,大きさが倍になる。 (1) (8) (2) 2 (s) 2h 12h (3) ev Ng [[m] ひ g (4)(1+e)mv〔N's〕 5. 力積と運動量

（2）は、なぜ運動量保存則を使って解けばいいとわかるんでしょうか？ あと張力や重力は考えなくていいんですか？

チェック問題 2 2つの保存則 図のように, 長さ 質量 m のおもりをつけた振り子を60° 傾けて静かに手放すと, 最下点 で, 水平面上においてある質量 1 2mの物体に, はね返り係数 2 60° 2m 標準 8分 の衝突をした。 水平面と物体との動摩擦係数をμとする。 (1) 衝突直前のおもりの速さvo をg, lを用いて求めよ。 (2) 衝突直後の物体の速さVを,vo を用いて求めよ。 (3) 物体が水平面上をすべった距離Lを.V.g. μを用いて 求めよ。