229.滑車と単振動■ なめらかに回転する軽い定滑車に, 軽い糸
をかけ, 一端に質量mの小球P, 他端に質量 M(M>m)のおもり
Qをつり下げた。次に, Pと床の間を, ばね定数kの軽いばねで
鉛直方向につなぎ, P, Qをつりあいの位置で静止させた。ばね
が自然の長さになるときのPの位置を原点(x=0) として, 鉛直上
向きにx軸をとる。また, 重力加速度の大きさをgとする。
(1) P, Qが静止しているときの, Pの位置を求めよ。
(1)の状態からPを引き下げて静かにはなすと, Pは,糸がピン
と張った状態を保って単振動をした。
(2) Pが位置xにあるときのPの加速度をa, 糸の張力の大きさをTとし、 poの
れぞれの運動方程式を示せ。ただし, Pは鉛直上同き,Qは鉛直下向きを正とすス
「P
m
0
Q
k
(3) Pの単振動の角振動数を求めよ。
(4) 糸がたるまないためには, Pをはなす位置がいくらよりも上であればよいか。
(立命館大 改)
例題20
ED
ヒント