東北大学令和5年度AO入試理学部物理系の問題です。解答がない上、解きすすめ躓きました。よければ(4)以降教えていただけると幸いです。よろしくお願いします。

問2 図2のように xy平面内を運動する荷電粒子を考える. 紙面表から裏向きに磁束 密度の大きさBの一様な磁場がかけられている. 荷電粒子の質量をm, 電荷をg (g>0) とする. 重力の影響および荷電粒子の運動による電磁波の放射は無視できるとする. 以下 の問題では、粒子の速度および加速度が粒子の位置(x,y) の時間tによる微分を用いて, dx dy) および (az,ay) = dvdvy と与えられることに注意すること. (Vx, Vy) = dt' dt. dtdt (1) my 平面内での荷電粒子の速度が (vェ,y), 加速度が (azsay) のとき, 荷電粒子の運 動方程式を m, ax, ay, Us, y, 豆, B を用いて表せ. (2) 荷電粒子の時刻t = 0 での速度が (ux, y)=(V,0)であるとき,一般の時刻 t (t> 0) での速度は (ひz, y) = (V cos wt, V sin wt) となる. ここでw, V は定数で ある. この式を問 (1) の運動方程式に代入することによりωを求めよ. 次に図3のように, 一様磁場に加えて,大きさ E の一様な電場をy軸の正の向きに加 える. (3) 荷電粒子が時間によらない一定の速度 (uz, Uy) で運動しているとき,その速度 (ux, uy) を B, E で表せ. う (4) 問 (3) 一定速度 (uz, Uy) で動く観測者からみた荷電粒子の速度を (ぴっぴY), 加速 度を (ds, dy) とするとき, 運動方程式をm,d's dy, 2,4,B,Eのうち必要なも のを用いて表せ. (5) (4) において, 時刻 t = 0 での速度が (v^2)=(V', 0) であるとする. 問 (2) の 結果に注意して,一般の時刻t (t> 0) での (vay) をt,w, V' を用いて表せ.ここ 問 (2) 解である. (6) 静止している人から見て, 荷電粒子が時刻 t=0において位置(x,y)=(0,0) から 初速度(vェッuy) = (0,0)で運動をはじめた. (a) 時刻t (t > 0) での荷電粒子の速度 (vx, y) を t,w, B, E で表せ. (b) 時刻 t (t > 0) での荷電粒子の位置 (x,y) をt,w, B, E で表せ. (c) 荷電粒子はæ軸 (y = 0) から離れたあと, 時刻 t = T (T> 0) で再び軸上に 戻った. t = 0 から t = Tまでの荷電粒子の軌跡の長さLをw, E, B で表せ. 磁場B 速度(vェッy) 荷電粒子 図2 -X 磁場B 図3 電場E IC

これの問5が分かりません。運動方程式の解の導き方、そしてグラフを教えていただけると幸いです。

2 なめらかな水平面上で、 ばね定数kのばねにつながれてæ 軸方向に振動する質量mの物体が ある｡ バネが自然長になっているときの物体の位置をæ=0 とする。 1. この運動の運動方程式を書け。 dx A 2. 時刻 t = 0 で物体の位置と速度が、x=0、 = v として与えられたとする。この初期 条件のもとで、運動方程式の解を求めよ。 dt (1) - th 次に、その物体が (バネの力に加えて) (0) を受けるとする。 ただし、Cは十分に小さい定数と仮定してよい。 速度に比例した抵抗 3. この運動の運動方程式を書け。ht()() <4>上記方程式のばね定数k およびCの単位を書け。 ⑤ 時刻 t0で物体の位置と速度が、0、 = として与えられたとする。この初期 条件のもとで運動方程式の解を求め、時間tの関数としてのグラフをかけ。 dt XEROSO

射方投射についてです。急ぎです。 1から3まで教えていただきたいです。 よろしくお願い致します。

4 一定の重力の下で、速度に比例した抵抗kmo (k>0) を受けるとき原点から水平と角 0 をなす方向へ初速 up で投げられた質量mの質点の運動について次の問いに答えよ。 ただし、 水平方向に軸、鉛直上方に軸をとるものとする。 1. この運動の方向および方向の運動方程式を書け。 2. 上の1. で求めた運動方程式を積分し、t秒後の質点の速度を求めよ。 3. 上の2. で求めた結果を積分し、t秒後の質点の位置を求めよ。

この問題の(4)が分かりません。 どなたか解き方を教えていただけると嬉しいです。

〔I〕 カたとたが作用する 2次元xy平面上の浮遊剛体を考える。 図1のように剛体に固定される座 標系(剛体座標系)をx-yとおき,たとたの作用方向がx軸となす角度をそれぞれα1, αzと する。また、たとたに沿う直線と重心との距離をB1, β2 とする。 慣性座標系x-yにおける剛体の重心位置を(X,Y)とし、慣性座標系x-yからの剛体座標系 xby の回転角度を8 (反時計回りを正) とおくとき、以下の問いに答えよ。 なお,剛体の質 量をm,慣性モーメントをJとしたとた以外の力は作用しないものとする。 (1) Xb,Y方向の力FxbとFybを求めよ。 ②回転モーメントT を求めよ。 ただし反時計回り方向を正として定義する。 (3) 浮遊剛体の並進 (x 方向とy方向)と回転に関する運動方程式を示せ。 なお, Fxb, Fyb, お よびTを使った表記としてよい。 2 sin (α1) + β1 sin (α2)=0となるとき, Fyb を 01, β1およびT を用いて表せ。 ただし, β1.2 ≠ 0とする｡ ► Yb Xb 0 x α1 (慣性座標系x-yと剛体座標系x-yb) 図 I Yb. (X,Y) az And

[偏微分方程式] 写真の境界値問題の答えが正しいかどうか分かりません。有識者の方、間違っている箇所があるか添削していただけないでしょうか？

偏微分方程式 gute). at gult). Q. C ERTILAR 17 Uzt) 0 =Vwater. 領域 +20,0000で解け、パラメータの 定義域はする。()は任意の微分可能な関数とする。 UGU= XWTH & DETEA (HILBE. - 11/01 - 10/08 2X= (w X FY dx また、 Xox)= Cilaječuz 12 (2a PAI は1つの解 Tro-Ge-wet. は1つの解 よってukat)はすべてのWについて足し合わせて、 u(x,1)= となるから. U (x, t) = となる。。 N 27C 200-(w (3x). 14 DO Acase 初期条件より ¿wx UGGE) 100 = Uces = to fome Alone con dw. Fy Fl. iw (x-ct) dw. (Acus) = C₁(w) · C₂(w₁) -iwx A (0) = . Ulare - care dx. =_ Lo za -iwu + L L Ucare-i due TW (R-CT) <-00 271 dw

至急お願いします‼️ この問題が大学の課題で出されたのですが、模範解答もなく分かりません。どなたか解答例を作っていただけないでしょうか。よろしくお願いいたします🙇‍♀️

一様な重力のもとでのロケットの運動を考える。 なお, 鉛直上方をyとし, ロケットの 質量を m, 重力加速度をg とする。 1. ロケットが一定の割合αでガスを燃焼し,下方に一定の相対速度uでガスを噴出 しながら鉛直に上昇している。ロケットの運動方程式を記載し, その運動方程式の 解を求めよ。ただし, 初期条件は、 t=0でy=0,v=0, m=mo とする。 2. ロケットが下方に相対速度でガスを噴出しながら, 鉛直上方に進んでいる。どの ような割合でガスを噴出したら、ロケットは一定の加速度 αで上昇するか?

至急お願いします‼️ 大学の課題でこれが出されたのですがどうやって解いたらいいか全くわかりません。誰か分かる方よろしくお願いします🙇

一様な重力のもとでのロケットの運動を考える。 なお, 鉛直上方をyとし, ロケットの 質量を m, 重力加速度をg とする。 1. ロケットが一定の割合αでガスを燃焼し,下方に一定の相対速度uでガスを噴出 しながら鉛直に上昇している。ロケットの運動方程式を記載し, その運動方程式の 解を求めよ。ただし, 初期条件は、 t=0でy=0,v=0, m=mo とする。 2. ロケットが下方に相対速度でガスを噴出しながら, 鉛直上方に進んでいる。どの ような割合でガスを噴出したら、ロケットは一定の加速度 αで上昇するか?

この問題を解くのにそれぞれの場合の加速度を出しているのですが、この加速度の出し方と、なぜ加速度を出す必要があるのかが分かりません。

7. 図2(a) と (b) では, 台車はどちらが速く動く か。 (a) では 400gの台車をばね秤の値が 100gにな るように一定の力で水平に引きつづけ, (b) では 400gの台車と100gのおもりを軽い滑車にかけた糸 で結び, 手を静かに放す. (a) L (b) 図 2 100 gf 100 g

高校レベルの物理の問題です。 答えは出したのですが、解答と合わなかったので最後の問題の解き方を教えてください。

空気抵抗とは空気との接触により運動を妨げようとする力のことであり、運動している物体の速さ (速さの1乗) に比例する粘性抵抗と速 さの2乗に比例する圧力抵抗がある。 雨が圧力抵抗のみを受けながら鉛直下向きに落下する様子を考える。 圧力抵抗の比例定数を重 力加速度の大きさをg [m/s²]として以下の問に答えよ。 V 問31 鉛直下向きを正として雨の加速度をa [m/s'] としたとき、 速さ [m/s]で落下している雨滴の運動方程式はどのように記述され るか。 適切なものを1つ選べ [31] ① ma = mg + kv² (2) ma=-kv (3) ma = -kv² (6) ma=mg- ・kv (7) ma = mg-kv² ⑧ ma-mg 問32 比例定数kの単位はSI単位でどのように表されるか。 適切なものを1つ選べ。 [32] ① N·m ②N･s ③kg·m ⑥ N/m ⑦ N/s ⑧kg/m ①kmg mg k ② 月 33 雨滴は地表付近では等速度運動をする。 そのときの速度 (終端速度) Pt [m/s] として適切なものはどれか。 1つ選べ。 [33] mg -1 (半径に反比例) img k 5 1 (半径の1乗に比例) ④kg's ⑨kg/s 1km g 30 (半径に関わらず一定) 4 ⑧ 0 34 圧力抵抗の比例定数kはp を空気の密度、S を物体の断面積として、以下の関係がある。 x=2/cos CpS 4 ma = kv 9 ma = mg - 12/1 (半径の平方根に反比例) ⑤m/s² ⑩ 単位無し ここで、Cは物体の形状に依存する係数であり、 球の場合はおよそ 0.5 となる。 雨滴の形状が球だとして、終端速度は雨滴の半径の何 乗に比例するか。 適切なものを1つ選べ。 [34] ⑥⑥/12 (半径の平方根に比例 62 (半径の2乗に比例) ⑤ ma=kv² 10ma = mg + kv kv²=mg V = long fals い JAL = der²tu Img_ 11 4mg erin 4mg en F√ √

○初等力学の質問です。 以下に添付している問題⑵~⑻の解答を教えて下さい🙇‍♀️。計算の過程も書いて頂ければ幸いです。 もし、可能でしたら自身の回答における間違い等を確認し、教えて頂けると非常に有難いです。

1 内径aの円筒面の一部が図1のようにA点において水平面に滑らかに接している。 水平面上にばね(ば ね係数k: 質量は無視できる)を設置し、 ばねを α/2だけ締めて静かに離すことで質量mの小球Pを円筒 面に向けて発射する。 重力加速度をg とし、また水平面、 円筒内面はともになめらかであるとする。必要 な物理量は定義した上で用いること。 なお、 各設問に対する解答は解答用紙の所定の欄に導出過程ととも に記入すること。 (1) 小球Pはばねが自然長になった時点でばねから離れた。その理由を運動方程式を用いて説明しなさい。 (2) 小球 P は円筒面内に入り、円筒内面に沿ってB点まで達した。 このときの小球P の速度を求めなさ い。 (3) 円筒面内における小球Pの運動方程式を求めなさい。 (4) 小球Pが(2)に引き続き円筒内面に沿って運動し点Cを越えるために、 ばね係数kが満たすべき条件を (不等式で)求めなさい。 (5) 小球Pは点Dにおいて円筒内面から離れた。 このときのばね定数kを求めなさい。 (6) (5)において、 小球P のその後の運動について式を用いながら説明しなさい。 (7) (6)において、 小球Pが達する最高点のy座標を求めなさい。 (8) AD 間における小球P の加速度の大きさを0の関数として示しなさい。 k P műm Mo m VA A -120° D B C x