θが最大の時に糸を切ったとしたら、おもりはどの方向に自由落下するんですか？

出題パターン 単振り子の周期公式 長さの軽い糸の一端に質量mのおもりを つけ、他端を天井に取りつける。 糸が鉛直になるおもりの位置を原点として、 おもりの通る円弧に沿って軸を定める。 おも りを原点から微小変位させて静かに放したと ころおもりは単振動した。 この単振動の周期 Tを求めよ。 微小角 0 に対する近似 sin99 を用いてもよい。 重力加速度の大きさを”とする。 解答のポイント! まつく m 円弧に沿った方向の加速度をαとして、 座標 xにおける運動方程式を立てる。 与えられた近似と弧長公式 (弧長) (半径)x (中心角)を用いると, (ma=-kx/ の形にもっていける。 解法 この形をつくる!! 円弧状のx軸が与えられている。 単振動の解法3ステップで解く。 STEP1 STEP2 振動中心はつりあいの位置 x = 0 の点。 折り返し点は放した点。 STEP3 図9-20のように, 座標 xでの糸 の傾きを 0 とすると, 弧長公式により, (弧長x) = (半径1) × ( 中心角0 ) 張力S ① +x向きの加速度をαとして, 運動方程式は, ma=mg sin O 0 弧長 mg (近似より) = - mg ○(①) mg xx よって運動方程式の形より, Im 周期T=2 =2 mg g mg 図9-20 し x=lo (この周期は」とのみで決まりや振れ幅にはよらない。) STAGE 09 単振動 1

(1)(2)の解き方の区別がわかりません。どうして(1)ではAのみに着目した力の式を立ててT=mgとすることができないのでしょうか？

+ チェック問題2 鉛直ばね振り子 ばね定数k, 自然長の軽いばねの両端 にともに質量mの小球A,Bがつけられ ており、Bは天井からつるした軽い糸の先 についている。軸は、Bの位置を原点に して、 鉛直下向き正にとる。 (1) Aをつり合いの位置で静止させたとき (ア)糸の張力Tを求めよ。 (イ)Aの座標」を求めよ。 (2)(1)の状態からばねの自然長の位置ま で,Aを持ち上げ、静かに放した。 (ア)Aを持ち上げた外力のした仕事Wを求めよ。 wwwwwww 12分 (イ) Aが(1)のつり合いの位置を通過するときの速さを求めよ。 (ウ) 糸は張力が2.5mgになると切れる。 糸が切れる直前の ばねの伸びを求めよ。 (x)運動中に糸が切れるかどうか判定せよ。 解説 (1) (ア)糸の張力Tが問われているので. 力のつり合いの式を考える。 図aで2つの小球に 着目した力のつり合いの式より(ばねの弾性力どう しは相殺). Fmgでは?T=mg+mg=2mg……容 000000000 (イ) つり合いの位置でのばねの伸びをdとする。 図aで、Aのみに着目した力のつり合いの式より、 kd=mg よって, d= mg ・① k (自然長) 1- (?)ではよって求める座標ェ」は, 式を立てない なぜAのみの x₁ =1+d=1+ k mg 容 ここまで, まだエネルギーは使っていないよ。 H+d 96 物理基礎の力学 x軸 kd

オレンジの線のところがなんでそうなるのかが分かりません。

㊙ 33. 円錐振り子 5分 図のように,長さLの質量が 無視できる棒の一端に質量mの小球をつけ, 固定さ れた点0に棒の他端を取りつけた。 棒と鉛直方向の なす角度は0(0>0) であった。 棒は点0を支点とし て自由に運動することができ, 小球と床の間の摩擦は 大 無視できるものとする。 小球に初速度を与えると, 床に接した状態で角速度 床 @ 0(支点) 0 OF T ま TN om 小球 Img ③の等速円運動をした。小球にはたらく棒からの力の大きさをT,床からの垂直抗力の大きさを N, 重 力加速度の大きさをg とすると, 小球にはたらく水平方向の力については, Tsin0=mw2Lsin O > I 工 が成りたつ。 また, 小球にはたらく鉛直方向の力については, Tcos0+N=mg 0 が成りたつ。 小球に大きな初速度を与えると,小球は床から離れる。小球が床から離れずに等速円運動するの 最大値 ω を表す式として正しいものを,次の①~⑦ のうちから1つ選べ。 45 ① g g ③ g gcoso +9 ④ Lcos o Lsin V Ltan L (5) g sin ⑥ gtan O ⑦ g L L √ L 人 2021 追試〕

オレンジの線のところがなんでそうなるのかが分かりません。

㊙ 33. 円錐振り子 5分 図のように,長さLの質量が 無視できる棒の一端に質量mの小球をつけ, 固定さ れた点0に棒の他端を取りつけた。 棒と鉛直方向の なす角度は0(0>0) であった。 棒は点0を支点とし て自由に運動することができ, 小球と床の間の摩擦は 大 無視できるものとする。 小球に初速度を与えると, 床に接した状態で角速度 床 @ 0(支点) 0 OF T ま TN om 小球 Img ③の等速円運動をした。小球にはたらく棒からの力の大きさをT,床からの垂直抗力の大きさを N, 重 力加速度の大きさをg とすると, 小球にはたらく水平方向の力については, Tsin0=mw2Lsin O > I 工 が成りたつ。 また, 小球にはたらく鉛直方向の力については, Tcos0+N=mg 0 が成りたつ。 小球に大きな初速度を与えると,小球は床から離れる。小球が床から離れずに等速円運動するの 最大値 ω を表す式として正しいものを,次の①~⑦ のうちから1つ選べ。 45 ① g g ③ g gcoso +9 ④ Lcos o Lsin V Ltan L (5) g sin ⑥ gtan O ⑦ g L L √ L 人 2021 追試〕

(ウ)x=0のときとで力学的エネルギー保存則は成り立たないのですか？

(4) 物体( 190 ゴムひもによる小球の運動 屋根 次の文中の を埋めよ。 図のように,屋根の端に質量の無視できるゴムひもで小球をつな いだ。小球を屋根の位置まで持ち上げてから、落下させたときの運 動を考える。 ゴムひもの自然の長さはL, 小球の質量はmである。 図のように鉛直方向下向きに x軸をとり, 屋根の位置を原点とする。 使用するゴムひもは, 小球の位置xが x≦L のとき, ゆるんだ状態 となり小球に力を及ぼさない。 一方, x>L のとき,ゴムひもは伸 びて張力がはたらき, ばね定数んのばねとみなせる。 小球は鉛直方向にのみ運動し,地 面への衝突はないものとする。 重力加速度の大きさをg とする。 x 小球を屋根の位置 (x=0) から静かにはなして落下させた。 x=Lの位置での小球の 速さはアである。 小球にはたらく張力の大きさが重力の大きさと等しい瞬間の位 置を x1 とすると,x1=イである。 x=x1 での小球の速さは,ウであ る。さらに小球は下降し, 最下点に到達した後, 上昇した。最下点の位置を x2 とするこ X2 また, 最初に x1 を小球が通過してから最下点を経て, 再びxi に である。 どってくるまでに要した時間は オである。 [18 明治大 ] 向に振り子け佰く 182,18

(4)なぜ力学的エネルギーは保存されるのですか？ 浮力は仕事をしないのですか？

の同期1 表せ。 189 液体中の物体の単振動 図のように, 断面積Sの円 柱状の物体を密度p の液体に入れたところ, 物体は液体中にん だけ沈んで静止した。 さらに物体を距離dだけ沈めてからはな したところ, 上下に振動を始めた。 ただし, 振動中、物体の上 面は常に液面から出ているものとし, 物体が液体から受ける力 は浮力のみと考え, 重力加速度の大きさをgとする。 (1) 物体の質量mを求めよ。 P 物体 S -186, 187 (2) 静止状態の物体の底の位置0を x=0 とし、 鉛直下向きに軸をとるものとして, 振動中の物体 (位置x) にはたらく力の合力Fをp, S, g, x で表せ。 (3)この振動の周期Tを求めよ。 (4) 物体の速さの最大値 vo を求めよ。

周期Tは、どうして、ωt分の2πじゃないんですか？？ 2πの時が1周の角度なら、分母は角度のθでθ＝ωtを入れて、ωtになると思ったんですが、どうしてω分の2πなんですか！！！ 教えてください🙏🙏！

線方向であり,その大きさ(速さ)v [m/s]は、 るから きざ v=rw (速さ [m/s] = 半径 〔m〕 ×角速度〔rad/s]) w ... 1 時刻 (51-1873 ヘルツ (c) 周期と回転数 等速円運動をする物体の周期を T〔s〕,回転数をn 〔Hz] (Hz= 2 とすると, 242 2πr 2π T= ・⑤ n = v =/1/1 ...⑥ T (d) 加速度 加速度の大きさα 〔m/s2] は, 01 V2 15 40 40 40 V2 a= V2-V1 Av v.40 v.wAt v² At =vw=rw= 1401=0 4t At At 0 r 向きは,常に円の中心に向かう向き (向心加速度)。 e) 向心力 円運動をする質量m[kg] の物体は, 常に円 の中心に向かう向心力を受ける。 その大きさをF[N] とすると, v² F=ma=mrw²=m 8 r 加速度 α O' 面内の円運動 振り子のように, 物体が鉛直面内の円軌道上を運動するとき 刻々と変化するため,等速円運動ではない。 しかし,円軌道上の任意の位置に 体に

(2)xがマイナスのときはかんがえないのですか？ 原点より上のときは下向きに弾性力が働くと思うのですが、この式はそのことも考慮されているのですか？

182 鉛直ばね振り子■ 図のように, ばね定数k [N/m] の軽いばねの上 端を固定し, 下端に質量m[kg] のおもりをつけて鉛直につるしたところ, おもりにはたらく力がつりあって静止した。 この位置を原点とし、鉛直下 向きを正とする。 この位置からおもりを鉛直下向きに引き下げたあと,静か に手をはなすとおもりは単振動をした。 重力加速度の大きさをg [m/s] と する。 (1) つりあいの位置でのばねの自然の長さからの伸びx [m] を求めよ。 m (2) おもりが位置 x [m] にあるとき, おもりにはたらく力の合力 F [N] を求めよ。 (3) (2) のとき,加速度をα 〔m/s2] として, おもりの運動方程式を立てよ。 (4) 単振動の角振動数 ω [rad/s], 周期 T [s] を求めよ。 x (5)おもりが鉛直上向きの速度で原点を通り過ぎてから、 初めて最高点に達するまでの 時間 t [s] を求めよ。 例題 38 190,191, 193

Aの(3)が分かりません💦 答えはK分の2mgsinθです。 もうすぐテストなので早めだと嬉しいです✨🙇

リード D 第5章■仕事と力学的エネルギー 44 57 116 斜面上のばね振り子の運動 上端を固定したばねで物 体が斜面に接してつり下げられている。 物体の質量をm,斜面の 傾角を0, ばね定数をk,重力加速度の大きさをgとする。 [A] 斜面がなめらかな場合について,次の(1)~(3)に答えよ。 (1) 物体が静止しているときのばねの伸び x を求めよ。 (2) ばねが自然の長さの状態で物体をはなした場合, ばねの伸 びが(1)の x1 になるときの物体の速さを求めよ。 (3) 前問(2)の場合, 物体が最下点に到達したときのばねの伸び x2 を求めよ。 mmmm+ [B] 次に, 物体と斜面の間に摩擦がある場合について,次の(4)~ (5) に答えよ。 ただし, 静止摩擦係数をμ, 動摩擦係数をμ'μ'<μ<tan とする。 (4) ばねが自然の長さの状態で物体をはなした場合, 物体が最下点に到達したときの ばねの伸び x3 を求めよ。 (5) 物体が最下点に到達した後, 再び斜面を上昇するか, 静止するかは,静止摩擦係数 や動摩擦係数などの条件による。 物体が再び上昇する条件を0μμ' を用いて表 せ。 継

わかりません💦教えてください🙇

必解 45. 〈円錐振り子〉 図1のように,質量mのおもりを,長さの軽くて伸びな ひもの一端につけ、もう一端を,鉛直方向を向いている天 頂角20のなめらかな円錐面の頂点に固定した。 重力加速度 の大きさをgとし、次のア~カに当てはまる解答 を0,g,m, lrを使って表せ。 ただしオカの解 答ではは使ってはいけない。 図1のように、円錐面上でおもりに角速度で円運動をさ せた。ωを大きくしていって, w2=アになると,円錐 面からおもりが受ける抗力は0になる。 このとき, ひもの張 力はイになっている。 それ以上の角速度では,おもり は円錐面から離れた状態で円運動を行う。 図 1 m 次に,ひもの代わりに, 自然の長さが1でばね定数が mg m 図2 のばねを使って、 図2のように円錐面上でおもりに円運動を させた。そのときのばねの長さを とすると,角速度 ω は 2=ウで与えられる。 また, 円錐面からおもりが受け る抗力はエになっている。 角速度 ω を大きくしていくとばねの伸びは大きくなってい きばねの長さがオになったときに円錐面からおもりが受ける抗力は0になること がわかる。また,そのときの角速度は2カで与えられる。 それ以上の角速度で は、おもりは円錐面から離れた状態で円運動を行うことになる。 〔上智大]