速さの最大値は力学的エネルギー保存則で出せないのですか？ やってみたのですがどうしても出てきません

94 第1編■力と運動 191 糸でつながれた2物体の単振動■質量mおよ び2mの2つのおもりが図1のように糸でつながれ,ば ね定数kのばねにつるされて, つりあいの位置で静止し ている。図2のように2つのおもりを鉛直下向きにdだ け引き下げたあと、 時刻 t=0 で静かにはなし, 糸がた るまないように鉛直方向に単振動させた。重力加速度の 大きさをgとし, おもりは鉛直方向にのみ運動する。 ば ねと糸の質量. 糸の伸び, 空気抵抗は無視してよい。 (1) 単振動の周期とおもりの速さの最大値 v を求めよ。 (2m) つりあい の位置 m リード D 0 d は l l l l l l l l l l l l -(2m m 図 1 図 (2)変位 x をつりあいの位置から図のようにはかるものとする。 xの時間変化のよ をグラフに示し,時刻tでのxを式で表せ。 (3) 変位がxのときの糸の張力の大きさSを求めよ。 くしすぎると糸がたるすようになる。糸がたるむことなく2つのおも

（2） 力学的エネルギーの変化量を考えるとき、動摩擦力による仕事は考えなくていいんですか？

第1章力学 問題 18 仕事と力学的エネルギー ② ばね定数k (N/m) の軽いばねの一端に,質 量m(kg) のおもりAをつけたばね振り子が ある。このばね振り子をあらく水平な床面上 物理基礎 公式 A U = 11/√ kx² 100000000 năm Q 0 -31 P IC 5/ 置き ばねの他端を固定する。 ばねが自然長のときのAの位置を原点と する。 図のように, Aを原点Oから点P(x=5/〔m))まで引っ張って、静か にはなした。Aは左向きに運動し始め、点を通過した。 その後、x=-31 (m) の点Qで静止した。 床面とAとの間の動摩擦係数をμとし、重力加速度 の大きさをg(m/s) とする。 (I)Aが点PからQまで運動する間に、動摩擦力のする仕事 W (N・m) を求 めよ。 Aが点PからQまで運動するときの, Aの力学的エネルギーの変化量 ⊿E (J) を求めよ。 (3) ⊿E = Wが成り立つことを用いて, μを求めよ。 弾性力による位置エネルギー(弾性エネルギー) U (J) (k (N/m): ばね定数 〔m〕: 伸び縮み) (I) おもりAにはたらく動摩擦力の大きさはμmg 〔N〕でPからQまでの移動 距離は8/〔m〕 である。 よって, 求める仕事 W [N·m〕 は, W=-μmg818μmgl (N・m〕 (2) 求めるのは「力学的エネルギーの変化量」なので、 おもりAの運動エネル ギーと位置エネルギーの和の変化量を考える。 Aは水平方向に運動しているので, 高さが変化しておらず重力による位置 エネルギーは考えなくてよい。 また, 点P, 点Qは自然長(原点O)からずれ た位置なので,点P, 点Qにおいて, Aは弾性力による位置エネルギーをもつ。 点P,Qにおける, 弾性力による位置エネルギー Up, UQ[J] は, それぞれ, 〈千葉工業大 〉 Up = =1/21k(50)2-252k2 =/( 9 U₁ = ½k (31)²=kl² 2 (解説) ばねが自然長から伸びたり縮んだりしているとき, ばねの両端 には自然長に戻ろうとする向きに力が生じる。 この力を弾性力 点Pでは 「静かにはなし」 点Qでは 「静止した」 ので, それぞれの点で速 さは0.すなわち, 運動エネルギーKP, Ko〔J〕 も0になる。 よって という。 4E = 0 + 25 0+ -kl² 2 == 8kl² (J] 変化後KQ+ UQ 変化前 K + Up 公式 弾性力の大きさF(N) F=kx (k(N/m〕: ばね定数 〔m〕: 伸び縮み) (3) ⊿E = Wより ※ 弾性力の向きは, 自然長に戻ろうとする向き。 - 8kl² == -8umgl よって, μ = kl mg F ⇒縮みx, 弾性力F,=kx, 弾性エネルギー U22kx2 自然長⇒弾性力0, 弾性エネルギー 0 X1 X2 mmmm 000000 F2 ⇒ 伸びzy→弾性力Fy=kx, 弾性エネルギー U2=1/2k2 自然長 注 ここで, p.39 公式 力学的エネルギーと仕事の関係と p.37 公式 運動エネル ギーと仕事の関係の違いを、しっかりとおさえておこう。 保存力である重力 弾性力について, 位置エネルギーを考えるのが 「力学的エ ネルギーと仕事の関係」 であり, 仕事を考えるのが 「運動エネルギーと仕事の関 「係」である。 1つの式の中で、重力 弾性力の位置エネルギーと仕事を同時に考え こることはない! た, ばねは伸びたり縮んだりしているとき, 弾性エネルギーを蓄えている。 エネルギーは弾性力による位置エネルギーともいう。 kl (1) W = -8μmgl〔N・m〕 (2)4E = - 8kl[J] (3)μ= mg 4. 仕事とエネルギー 41

⑵バネの長さが最大の時とバネをl縮めた地点でのエネルギー保存の法則を使ってはダメなんですか？

例題 23 3 力学的エネルギー 10 質量Mの板をつけたばね定数 んの軽いばねがある。 この板に質 量の小球を押しつけ, ばねを M m Imm だけ縮めた後, 手を放した。 重力 huz 7 ほん 加速度の大きさをg とする。 ただし,面はなめらかで, ばねが自然 長に戻ったとき, 小球は板から離れる。 m (1) ばねが自然長に戻ったときの小球の速さを求めよ。 2, <(2) 小球と離れた後, ばねの伸びの最大値xはいくらか。 ma (3) 小球が高さんの台上にすべり上がるための1の条件を求めよ。 2. 解面はなめらかであり, 仕事をする力が重力と弾性力だけなので力学的エネ ルギーは保存される。 (1) は (板と小球) の速さなので 2 ½ kl² = 1½ (m+M) v² £ŋ_v=1 k m+M (2) ばねの長さが最大のとき, 板の速さは一 瞬0になる。 1175) 1½ Mv² = 1½ k x2 最大 kx² ひ M M . x=v k m+M (3)右図において 12mu=12mo+mgh ここで 12 で/1/mo≧0なので 12m-mgh≧0となり,問(1)の結果を代入して k 1m (1√ m² + M 2 - mgh ≧0 2(m+M)gh k 自然長 v h (位置エネルギーの基準) -47- 基 92 3gc g g

なぜ二乗に比例するのですか？

72 弾性エネルギー p.77 あるばねの伸びが10cm であった。 ばねが蓄える弾性エネルギーは, 伸びが5cmのときと比べて何倍か。 ばねが蓄える弾性エネルギーは、 ばねの伸びの2乗に比例するので 10² 100 = 52 25 -=4倍 7

この問題から動摩擦係数を求めたいのですがどうすれば求められますか？

□知識 □134. 力学的エネルギーの変化 図のように,粗い水平面上で, ばね定数k のばねの一端を壁に固定し、 他端に質量m k m の物体をとりつけ, 軽い糸で物体を引いた。 ばねの伸びがxの位置で, 手をはなすと, 物体はxだけ動き, ばねが自然の 長さの位置で静止した。 重力加速度の大きさをg とする。

解き方が分かりません💦 解説お願いします🙇🏻‍♀️՞ テスト前なので早めに返して頂けると嬉しいです✨️

6. ばね定数 40 [N/m²] 自然長が 30 [cm] のばねがあ る。 ばねの長さが40[cm] のとき、弾性エネルギー はいくらか。この状態から、ばねの長さを60[cm]に したとき、ばねを伸ばす力のした仕事はいくらか。

プロセス3に書いてある2つの場所における力学的エネルギーをイコールで結ぶということについてです。 3つ以上場所がある時はどの2つを比べればいいのですか？

A 類題 28 力学的エネルギー保存の法則 図のように, なめらかな水平面ABと斜面 BC が続いている。 ばね定数kの軽いばねの一端を固 定し、他端に質量mの小球を置いてxだけ押し縮めて静かにはなした。 すると,小球はばねから 離れた後に点Bを通過し, 最高点 Cまで達した。 重力加速度の大きさをgとする。 ( 1 ) はじめに点Bを通過したときの小球の速さを求めよ。 (2) 点Cの高さんを求めよ。 (3) (1)の後,再び点Bを通過したときの小球の速さを求めよ。 m B h 13 ネルギー保存の法則 69

水色で囲った所から水色で囲った所まで途中式を教えてください。 また、水色の線で引いた所の途中式もお願いします。 教えてください！

自然長からαだけ縮んだばねがもつ弾性エネルギー U^は, すね。 -1/2 1² (₁²8) KD FW 2 2 2 UA です。この弾性エネルギーは小球に与えられ,小球は斜面BCをす。 がっていきます。 小球が点Cに達した瞬間の小球の速さをvとすると､力学的エネ 一保存則より、 1/23ka²=1/12/2mv²+mgh mvsd これをvcで解いて ka² Vc VC.x = v m 次に小球が点Cから空中に飛び出 す瞬間の、 水平方向の速度成分 UC を求めます。 斜面が水平とな す角が45° ですから, - 2gh Uc= /2 H= Josy I ka² 4mg ka² √ 2m 2 12/23ka -ka² = mvc.² + mgH + - gh verに上で求めた値を代入し、Hで解きます。 答え 1/2/201 h この速度の水平成分Ucz は,放物 運動中,ずっと同じですから,小球が達する最高点(これを点Dとします においては,小球はこの速度成分をもっていることになります。 それに対 して, 最高点では速度の鉛直成分はQです。 そこで,最高点Dの床からの高さを甘として, 最初のばねが縮んだ 態と小球が最高点に達した瞬間に力学的エネルギー保存則を適用すると、 次のようになります。 45° Vcy C (m Vc VCx 45° Vc *+. X Y Z \ 2 b XL

この問題の（4）（5）で何故解説の図ｃ、図dが示すようなa,bの長さが分かるのですか？ 教えて頂けると嬉しいです

32. 〈ゴムひもに取りつけられた物体の運動〉 水平な台の上に質量mの物体Aを置き, 図のように自然の長さのゴムひもBを取り つけた。 ゴムひもの右の端を持って水平方向 にゆっくりと引くと,ゴムひもが自然の長さ からαだけ伸びたときに物体が動き始めた。 その瞬間にゴムひもを引くのをやめたところ, 物体ははじめの位置からだけ移動して止まった。 台と物体の間の静止摩擦係数をμ, 動摩 擦係数をμ',ゴムひもが自然の長さからy伸びたときの弾性力は,kを比例定数としてky とする。 重力加速度の大きさをg とする。 また, μμ' とする。 (1) 物体が動き始めたときのゴムひもの伸びα とμの関係を示せ。 (2) ゴムひもが1+αの長さに伸びたときにゴムひもに蓄えられている弾性エネルギーを求 めよ。 (3) 物体が止まるまでに摩擦力がした仕事を求めよ。 (4) 物体が止まったとき, ゴムひもがたるんでいたとする。 μとμ'の間にはどのような関係 があるか, a b を含まない不等式で示せ。 (5) 物体が止まったとき, ゴムひもが自然の長さよりも伸びていたとする。 このとき ゴムひ もにはエネルギーが蓄えられていることに注意して、移動距離6をm,g, k, μ, μ'′ を使 って表せ。 〔学習院大〕 A m x = 0 B 金沢大」 x=l

高校1年生物理基礎力学の問題です。 (ア)と(イ)の問題を簡単で良いので考え方を教えて欲しいです！問題と答えは画像の通りです！ ご回答よろしくお願いします。

間3. 図のように、 ばね定数kの軽いばねの一端を壁に固定し、 右端に質量mの小物体を取り付けてあらい水平面上に 置いた。 ばねが自然長からαだけ伸びた点 A で小物体を 自然長 静かに放した。 次の問いに答えなさい。 ただし、小物体と水平面との間の 静止摩擦係数を 14 動摩擦係数を (ア) 小物体は水平面上を図の左向きに動き出し、 ばねの自然長から bだけ縮んだ 点 B で初めて静止した。 このときの♭を、 km、α、μg を用いて表しなさい。 a を小さくしていき a がある値より小さくなると、点Aで動きだした小物体は点Bで 静止したまま動かなくなる。 このときの α の値を、 km、μμ'g を用いて表しなさい。 (イ) Lxxxxxxxxx m とする。 重力加速度の大きさをg