万有引力の問題、4.3についてです。地球内部のポテンシャルって、どうやって求まるんですか

力の大きさを求めよ. また, それを重力加速度と比較せよ. (4.2 物体に働く重力の大きさは物体が高い位置にあるほど小さくなる. 図 4.9のよう に地表からの高さがんの点で重力が地表の (1/6) 倍であるとする (b > 1). h を 地球の半径 aとb で表せ.また,b=5のときんは何km か. 4.3 仮に地球の中心を通る直径に沿って穴を作り,その中で質点を運動させたとする. 質点はどのような運動を行うか.

9-4.9-5教えてください 大学物理学 単振動フックの法則の問題です

B 9-4. 図のように、滑らかな水平面上に,一端を固定した ばね定数kの軽いばねがあり,他端に質量 m の大き さを無視できる小球A を取り付ける。ばねが自然長 のときのAの位置を原点として右向きに』軸をとる。 A 以下の2つの場合について, Aの位置を時刻tの関数として求め,縦軸 a,横軸tのグラ フに表せ、ただし、ばねから Aに働く力は、常にフックの法則に従うものとする。 のばねをaだけ引き延ばしてAを静止させ, t=0に静かに雅す。 のばねが自然長の状態でAを静止させ、t= 0に瞬間的に右向きの速度(大きさ vo) を与える。 9-5. 前問で、 = a/2の所に壁を作り, ばねをaだけ縮めて Aを静止させ,静かに離した.A が衝突するまでの時間と,衝突するときの速度を求めよ。

物理です． 2番と4番を教えてください。 よろしくお願いします

応用物理II R4:課題1(担当:挽野真一) 間1 図1に示したように、バネ定数kの2つのパネ につながれた質量 m のおもりが床と接している場 合を考える。おもりがつり合いの位置から x だけ ずれたとする。原点0をつり合いの位置とすると 点0からxだけずれたとき、おもりと床との間の 摩擦力を無視するとして以下の問いに答えよ。 imm X 0 図1 バネ定数 kの2つのパネに質量 mのおも りがついている。. (1) おもりの運動方程式を立てよ。 (2) (1)の運動方程式の一般解を求めよ。 (3) 初期条件として、時刻1=0 のとき、x(0) = 0, dx =%を満たす解を求めよ。 問2 図のように、パネ定数kのバネに質量 m のおもりをつけた。バネが つり合いの位置にあるとき、おもりの位置は yo であった。おもりの位 置がyになるまで下に引っ張って、おもりを静かに放した。以下の問い に答えよ。ただし、重力加速度をg、空気抵抗は無視できるものとする。 (1) おもりの運動方程式を立てよ。 (2) (1)で立てた運動方程式の一般解を求めよ。 (3) おもりの速度がゼロとなる時刻を求めよ。 Yo y 問3 直線状に2つの同じ原子が結合している水素 H2 分子の振動現象を考える。ここでは、簡単のた め原子間の結合はバネ定数kのバネで結合されているとし、水素の質量を m として以下の問いに 答えよ。重力の影響は無視してよい。 (1) 図に示すように各原子が変位しているとして、各原子の運動方程式を立てよ。 (2) (1)で立てた運動方程式から分子の角振動数を求めよ。ただし、分子の重心は静止しているとし てよい。ヒント:原子間の相対運動を記述する運動方程 式に変形すると単振動の式と同じになる。 (3) エネルギー等分配則によって、温度 T の熱エネルギ ーkT/2 が振動のエネルギーになっているとして、その時 の振幅を求めよ。 水素 水素 imó X。 図、水素分子の古典モデル。 間4 質量mの質点がx軸方向に保存力Fを受けて運動するとき、質点の運動方程式は mx= F と与えられる。この運動方程式から力学的エネルギーが保存することを示せ。 00 m

5番の解き方がわからないです。解ける方教えて欲しいです

問題1.軽いばねの一端を原点0に取り付け, 他端には質量 m の質点を取り付ける。ばね の自然長は L,ばね定数はkであり, ばねは0のまわりで自由に回転できるものと する。この系を細い管に通し, 0を中心に水平面内で管を一定の角速度2(> 0) で 回転させる。質点およびばねと管の間に摩擦は無く,質点は管に沿って運動するも のとする。管の方向にェ軸 (回転系)をとり, この運動を調べよう ;X (1) 仮に, Q=0とすれば, 質点は静止した管の中で単振動することになる。その角振 動数の大きさwoを求めよ (2) 質点の位置を (t) とするとき, 質点に働く遠心力の大きさを求めよ (3) 2< woの場合について, 力の釣り合い位置の ェ座標 X。 を求めよ (4) r軸方向に対する運動方程式を示し, 初期条件: z(0) %3D A, (0) 3D0のもとでの解 (t)を求めよ、ただし, 定数 Aは, 0<A<X。 を満たすものとする。 (5) 管の角速度を一定に保つには, 原点0を通り管の回転軸方向にトルク (または 力のモーメント) を加えなければならない、 (4)の場合に必要なトルク N (t) を(t)) (t)(3D#(t)), m, wo, 2 の中から必要な物理量を用いて表せ

問題を解いて欲しいです1から

に最も適するものをそれぞれの解答群から一つ選び, 解答用 に適する式を解答用紙の所定の欄 (A] 次の文中の ア ク 紙の所定の欄にその記号をマークせよ。また, 空欄 a に記入せよ。 図のように,質量 m の小球が発射台から打ち出され, 放物運動のあと,ばねで床に取り付けら れた平板に衝突する運動を考える。ただし,小球は図の下向きに重力を受けており, また, 小球の 運動は紙面内に限られる。重力加速度の大きさをgとし,以下では図の右向きにx軸, 上向きにy 軸をとる。小球の大きさや回転は無視でき, 発射台の面との摩擦や空気抵抗は考えなくてよい。 発射台は水平な面 AB と円筒面 BCD からなる。円筒面 BCD は軸Rを中心とした半径,,角度 60° の弧をなし, 位置B で面 AB と滑らかにつながっている。小球は位置 Aから水平に速さ voで 打ち出され、ABCD に沿って運動を行う。小球が位置D に達するためには, voは なければならない。ZBRC=0 である位置 C を通り過ぎるとき,小球の速さは 面から受ける垂直抗力の大きさは ア 以上で イ で,円筒 である。位置 D に達すると小球は速度 び=(U U) で である。打ち出された小球は,最高 ウ 空中に打ち出される。ここで, 速度のx 成分は v,= エ 点Eを通り過ぎ,落下をはじめる。 E 160° 平板 V3r M m A B 発射台 小球と平板が衝突する前,平板はばねとつりあい,その上面が位置 D とちょうど同じ高さにな る位置で静止していた。平板は質量が M で,水平面を保ったまま鉛直方向にのみ運動を行う。ま た,ばねのばね定数はk で,その質量は無視してよい。衝突位置 F は水平距離で位置 D からV3r 離れており,このことから, vo= 衝突直前の小球の速度のy成分は y、= オ カ であ る。衝突後,小球ははね返り, 平板は運動をはじめた。平板の表面が滑らかで,小球との衝突のは ねかえり係数をeとすると,衝突直後の小球の速度のy成分は Uy"= ×(-y')となる。 た だし、U">0 とし, 小球と平板の衝突は一度だけ瞬時に起こるものとする。平板は単振動を行い。 a その振幅は キ 周期は ク である。

考え方が分からず全く解けてない状況です。 図なども付けて教えて頂けると助かります。

問質量M, 半径a, 密度pの一様な球体の中心からRの距離に質量mの質点を置 いたとき以下の問に答えよ.ただし,万有引力定数をGとし,解析では球座標 系(r,0, o)を用いよ。 (a) 球体中の任意の位置(r,0, ¢)において,(dr,de,d¢)で作られる微小体積 要素dVと質点mの間での万有引力ポテンシャルdUを求めよ.ただし, 0<r<a,0<0<T,0<¢<2nとする。 (b) R>aのときの万有引力のポテンシャルを求めよ。 (c) R<aのときの万有引力のポテンシャルを求めよ。 (d) 上のそれぞれの場合について,ポテンシャルから力を計算せよ。 (e) 球体の直径に貫く穴をつくり,その中に質点mを入れたときの質点の運動 方程式をもとめ,質点が単振動をすることを示せ、また,その周期を求めよ。 (f)前問で得られた周期が,質点が球体すれすれの円軌道を回る場合の周期と 等しくなることを示せ。

この問題の解き方と答えを教えてください。

図で表される単振動がある。 振動数(Hz)はいくらか。 変位 x W 5mm 時間七 12ms(ミリ秒)

距離1mの2点では2π/λの位相差！　ってところがわかりません... 教えていただきたいです！

ーx[rad]の位相差があるということ! だから, 図の式は も,t=T\s]での位相が2元に対応しているからなんですね。本全 写真y=y(x)から動く波を出すそ~! 実は“一点集中"の単振動の式もy=Asintでなくy=Asinotとしたの ここではもう1つのグラフ, "写真”y=y(x)からy(x, t)を導いておきま 先では一点注目(ギャル)の単振動y=y(t)から波の式を出しましたが、 @IMAGE おでな y A1 しょう。 まずt=0の波形を図のようにします。 先に一点集中から導いたのと同じ波形で A →X -A す。…つまり, 結果も同じになるはずです よ。 2元 これはy=y(x)の形です。 詳しく書くとy=ーAsinーxです。 え!? y=-Asinx じゃないかって~!?? 数学では横軸がx[rad]だったので sinx でOKなのですが, 今やっているのはyーxグラフ!…横軸は位直 x[m」です。図を見ると横軸方向の位置x=1 (波長)の場所は数字Cは 2元でしたね(この sin の中のを位相といいます)。つまりx=0, Aのと では2元の位相差がある!距離1[m] の2点では 2元 の位相差! 原点と 位置xの点では2元 -x [rad] の位相差があるということ! だから, 図の 2元 y=-Asinxとなるんです。 入 も, t=T\s]での位相が2元に対応しているからなんですね。 さあ,次はt秒後の波です。 y=y(x, t) を求めるのがターゲットですよ。 速さぃの 波はt秒後にvtだけ右に動いているハズで y す。 これ布

問2の(3)(4)を教えてください

問2. ばね定数 k [N /m] (k > 0) の軽いばねがある。なめらかな水平面上でこ 自然長 のばねの左端を固定し、右端に質量 m kg] の物体を取り付けた。次に、 手で mm 物体を引っ張ってばねを自然長より cm 伸ばしてから静かに手を放した。図 0 に定義された座標軸に基づいて、その後の物体の運動について、以下の間に答 えよ。ただし,時刻 ts]での物体の位置を (t) [m] とし、ばねが自然長のときの物体の位置を原点とする。 (1) Find the restoring force F, [N] that the spring tries to return when the object is displaced by z m from its natural length. (2 points) d'z as its acceleration. dt? (2 points) (2) Find the equation of motion of the object, using the notation of (3) Find the general solution of the equation of motion of the object. (3 points) (4) Find the solution that meets the initial conditions described in the problem. Here, the moment when the hand is released is set as time t==0s. (3 points) 問3.問2では摩擦などの抵抗力がない理想的な単振動を扱ったが、実際には抵抗力が存在する。 抵抗力は速度 dt に比例することが多く、この比例定数をc[N.s/m] (c> 0) とおくと、 運動方程式は教科書 P.66 の(2.40)式として表 される。この方程式の一般解は、 教科書 P.52に示す「定数係数の2階線形同次微分方程式の一般解」として表され、 教科書 P.66 の下段3行に示すような解 a) c)となる。これらの解の導出課程を、 以下の手順に従って示せ。 d。 da. (1)(2.40)式 m = ーkc - c dt? の右辺において、c dt の項の符号がマイナスである理由を考察せよ。 dt (2点)

問2の(3)(4)を教えてください

問2. ばね定数 k [N /m] (k > 0) の軽いばねがある。なめらかな水平面上でこ 自然長 のばねの左端を固定し、右端に質量 m kg] の物体を取り付けた。次に、 手で mm 物体を引っ張ってばねを自然長より cm 伸ばしてから静かに手を放した。図 0 に定義された座標軸に基づいて、その後の物体の運動について、以下の間に答 えよ。ただし,時刻 ts]での物体の位置を (t) [m] とし、ばねが自然長のときの物体の位置を原点とする。 (1) Find the restoring force F, [N] that the spring tries to return when the object is displaced by z m from its natural length. (2 points) d'z as its acceleration. dt? (2 points) (2) Find the equation of motion of the object, using the notation of (3) Find the general solution of the equation of motion of the object. (3 points) (4) Find the solution that meets the initial conditions described in the problem. Here, the moment when the hand is released is set as time t==0s. (3 points) 問3.問2では摩擦などの抵抗力がない理想的な単振動を扱ったが、実際には抵抗力が存在する。 抵抗力は速度 dt に比例することが多く、この比例定数をc[N.s/m] (c> 0) とおくと、 運動方程式は教科書 P.66 の(2.40)式として表 される。この方程式の一般解は、 教科書 P.52に示す「定数係数の2階線形同次微分方程式の一般解」として表され、 教科書 P.66 の下段3行に示すような解 a) c)となる。これらの解の導出課程を、 以下の手順に従って示せ。 d。 da. (1)(2.40)式 m = ーkc - c dt? の右辺において、c dt の項の符号がマイナスである理由を考察せよ。 dt (2点)