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物理 大学生・専門学校生・社会人

よろしくお願いします

仕事とエネルギー、運動量を用いた物体の運動の解法 【間2] ばねでつながれた二物体の運動の運動量の保存と力学的エネルギーの保存則を用いた運動の解法 (参照:演習問題8の問2) 図のようにまさつのない水平な床の上に自然長が,、ばね定数がkxのばねが置かれている。 その両端に質量 とm。の物体1と2を取り付けた。 物体1に右向きに初速。を与えたところ. の物体は床の上をx軸の正の 方向に運動した。 座標系として、水平方向右向きにx軸、鉛直上向きにy軸をとり、原点を = 0における物体1 の位置にとる。 以下の問いに答えなさい。 (物体1、2の位置、速度、加速度のx成分をそれぞれ、x,(り、xs(り、 Yax(り、pzx(ひ)、qix(り、qzx(ひなど1や2の添え字を使用して表しなさい。 ) (1) この運動において、物体1と物体2の運動量の和は不変である。 その理由を運動量の変化と力積の関係を用いて述べなさい。 (2) この運動において、物体1と物体2の運動エネルギーとばねの弾性エネルギーの和は不変である。 以下の記述がその証明となる。 正しい記述となるように次のカッコ( 1 )から( VI )に入れるべき数や式 を答えなさい。 時刻での物体1と2のx座標x。(。)、x。(ひを用いて、時刻でのはねののびを表すと( 1 )となる。よって、物 体1と2の運動方程式の成分はそれぞれ、m。学e中ニ( Tエ )…①、m se思ニ( 反 )…②となる。 e 次に、①式の両辺と。(O) = 字の各辺との積をとると、次のような等式が得られる。 る map(O演ー( m ) x 左辺はps(O CO (tio人(の )…・@と式変形できる。よっ て(aeO) =(T ) x 名.…④ 同様にして、全(apa⑨)=( mm ) x折品…の ③式と④式の各辺の和をとると、 (tp) ao3() ) =( W )…・⑤ ここで時刻Lでのばねのの びを表す関数をXY(ひとおくと、( IV ) はxi(り、xz(ひの代わりにX(りを用いて、( IV )=( V 和書 くことができる。さらに、のひ式と同様な式変形より、( V )x富= ーikX(O )…⑥となる。 @式と@式より、(imaik(O+3moik(0+3kX2(O ) =( Y )…⑦ 物体1と2は床の上を運動するこ とから、ヵ>(0) = poy() = 0 よって、⑦式のカッコの中は物体1と物体2の運動エネルギーとばねの弾性エネ ルギーの和となっており、それの時刻での微分が( VI )となることから、物体1と物体2の運動エネルギーと ばねの弾性エネルギーの和は不変であるといえる。 (3) ばねの長さがもっとも長くなったとき、物体1と物体2の速度はどのような関係になっているか答えなさい。 (4) ばねの長さの最大値/。。。を求めなさい。 (⑮) 演習問題8の問2の解からも/mxを求め、(4)で求めた値と一致することを確認しなさい。

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全然わからないです…

問2 右図のような2次元平面上で物体が点 A を出発した後、点 B、C の順に移動した。 この時、物体は AB、BC 間をそれぞれ一定の 加度号、妨で移動した。右図の各ます目の間 隔を 1.00 [kmlとして、 以下の問いの答えを解 答用紙に書け。ただし、有効数字は 3 桁とす テ る。単位も必ず書くこと。 (@) 物体が AB 間を移動する間、その速度可は 七=(-2.00.2.50) 【km/h]であった。物体が ~ AB 間を移動するのに要した時間を求めよ。 ⑩) 速さ[世|を[malの単位で与えよ。ただし、Y41 = 6403とする。 (<) 物体が BC 間を移動するのに要した時間は 4.00X10-! 【h]であった。婦を求めよ。 (3) 位置Cから速度(-1.00, -3.00) [km/h]で 3.00 [hl移動したときの物体の位置をD とし、 さらに位置 D から速さ 5.00[km/h]で(⑭ 3)方向に 2.00 [移動したときの物体の位置を E とする。位置D から位置選へのベクトルを図中に示せ。 問3 A、B、Cの位置にそれぞれ-4.0x10*【CI、 2.0x10* [Cl、 -5.0x10? [CIの電荷が分布している 一 とき、C の位置にある電荷に働く力を有効数字2 桁で求め、解答用紙に書け。 単位も必ず書くこと。 ただし、図の1 目門りを1.0 mlとする。また、<ー は90x10? Nm2Czとして計算してよい。

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答えの番号だけでいいので教えてください! よろしくお願いします!

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