Question

おもち

この問題の場合だと、移動距離が等しいから力学的エネルギーの保存より位置エネルギーは0.24Jと求められますが、移動距離が違う時はどう求めるのでしょうか？また、写真１枚目の斜面上の台車は位置エネルギーが0.24J、運動エネルギーが0Jだと思いますが、それよりも上の位置に台車がある場合、その台車位置エネルギーはどうなるのですか？写真の台車より大きくなるはずですが、0.24J以上にはなれないですよね🤔

200gの台車を斜面に平行な力 F
によって,ある高さ hで静止させて
いる。 この高さで台車をはなすと,
台車は斜面にそって走りおりたあ
と, 水平な床上のA点で木片に衝突
し, 木片を動かした。台車の高さ h
と木片が止まるまでに動いた距離 s
図1
エネルギー単位
↓
ジュール
AS
P
*W
A
との関係は図2のようになった。 ただし, A点より右では,図2
摩擦は考えないものとし, 100gの物体にはたらく重力
を1Nとして,次の問いに答えなさい。
2 木片が動いた
35
30
25
20
15
F

図2
2 木片が動いた距離(s)〔C〕
35
30
25
20
15
10
5
0
0 2 4 6 8 10 12 14
台車の高さ(h) 〔cm〕

A点の直前で台車の運動エネルギーが 0.24J だったとき, 木片が動いた距
離が20cm であったとすると, 高さ hが12cm
の
と
き
台車がもつ位置エネ
,
ルギーは何ですか。

Answer 1

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きらうる

前半の疑問点について
質問の内容がよくわからないのですが、移動距離が違ったとしても、摩擦によりエネルギーを消費されるだけなので、最初にもつ台車の位置エネルギーは0.24Jであることには変わりないです。

後半の疑問点について
hを高くすれば位置エネルギーも大きくなり、0.24Jより大きくなります。そうなれば、台車が木片に衝突する直前の運動エネルギーも同様に0.24Jより大きくなります。

おもち

ありがとうございます！後半についてまだ疑問があるのですが、運動エネルギーが0.24Jより大きくなったり位置エネルギーが大きくなっても良いのでしょうか？力学的エネルギーの保存は考えないのですか？

きらうる

位置エネルギーは、高さ・重さに比例して大きくなり、運動エネルギーは、重さ・速さの2乗に比例して大きくなります。
力学的エネルギーとは、位置エネルギーと運動エネルギーの和です。
最初の位置エネルギーが大きくなれば、力学的エネルギーも大きくなります。
落とした物体の終点では、位置エネルギーがすべて運動エネルギーに変わりますので、運動エネルギーも大きくなることになります。