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代々木ゼミナールで物理の講師をしています。

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質問回答

JUGEMテーマ:大学受験

 

ホームページの参考書の質問コーナーに質問が寄せられていました、時間があるときに回答していますので、遅くなることもございますがご容赦下さい。

 

 

【参考書】

 中経出版 漆原晃の基礎物理・物理が面白いほどわかる本[力学・熱力学編]

【質問するページ・行・問題番号】

 p237 チェック問題3

【質問内容】

 復元力についてです。該当ページのチェック問題のような斜面、バネ、物体がある場合を考えます。(ただし物体は1つとして、その質量はmとします)

つりあいの位置である振動中心ではバネは自然長より縮んでいますが、復元力を考えた場合、単振動中において振動中心より上に物体が位置する時は常に復元力は負のはずです。

運動方程式をたててみてもma=-kxになります。(aは斜面下向きを正とした加速度)

ですが、物体が振動中心より上、かつ、バネの自然長より低い所の座標にある時、復元力がなぜ負になるのか分かりません。

なんの力が振動中心の向きに働いているのでしょうか?

 

回答

釣り合いの位置を基準(x=0)として、斜面上向きをx軸の正の向きとします。

物体が振動中心より上、かつ、バネの自然長より低い所の座標にある時は

弾性力は正の値なのですが、重力の斜面成分はそれより大きい負の値になります。

よって、それらの合力(これが復元力)は負の値になります。

 

 

【参考書】

 中経出版 漆原晃の基礎物理・物理が面白いほどわかる本[力学・熱力学編]

【質問するページ・行・問題番号】

 p241 チェック問題3 参考

【質問内容】

 該当ページの「参考」の部分についてです。

 

「以上よりN0PQは離れるね」の部分のN0というのはどういうことでしょうか。自分の解釈としては、図の位置から微小時間が経過すると物体Pのみに斜面下向きにバネの弾性力が加わるので、2物体間の垂直抗力が0になるというふうに考えているのですがあっていますでしょうか?

それとも、そもそもPQの運動方程式からPの方が斜面下向きの加速度が大きいので離れるのは当たり前であるからN0ということなのでしょうか?

 

 

回答

両方の解釈でほぼ良いと思います。

「各々の重力の斜面成分は、PQに対して等しい加速度(−gsinθ)を与えるので運動に差をつけることは出来ない」ので、あとはNと弾性力のみ考慮すればいいということがポイントです。

ですから弾性力がわずかでもPを引っ張りPのみにブレーキをかけると、PQは離れてしまいます。

 

 

【参考書】

 中経出版 漆原晃の基礎物理・物理が面白いほどわかる本[力学・熱力学編]

【質問するページ・行・問題番号】

 p253 チェック問題3

【質問内容】

 重力による位置エネルギーが熱エネルギーに変わる過程の仕組みがよくわかりません。貯水池に落ちた時の衝突熱で温められるということなのでしょうか?

また、もう1つ質問がありまして、該当ページのstep3の計算式についてなのですが、自分は水が失った位置エネルギーを表す式における水の質量をグラムで表して両辺を106乗で割ってtを出そうとしたのですがキログラムをグラムに換算してはいけないのでしょうか?

 

回答

仕組みは衝突熱や撹拌の効果です。

Jジュールの単位は[kgm^2/s^2]であるからです。