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Physics Senior High

下の類題7の問題を、上の例題のマーカーで囲った部分の別解の方法のように解きたいのですが、どのようにしたら解けますか?

10 5 例題7力のつりあい ① ‒‒‒‒‒‒ 軽い糸1に重さ(重力の大きさ) 10N の小 球をつけ, 天井からつるす。 小球を軽い糸向 2で水平方向に引き, 糸1が天井と30°の 角をなす状態で静止させた。 糸1, 糸2が 小球を引く力の大きさ T1 [N], T2 [N] をそれぞれ求めよ。 bta 指針 糸が引く力を水平方向と鉛直方向に分解する。 解 鉛直方向の力のつりあいより Tisin 30°- 10 = 0 • 20 よって T1 = 20N 15 TELE CONSE 水平方向の力のつりあいより oman T2 - Ticos 30°= 0. √√3 よって T2 = 20 × =17N 2 よって T1 = 20N 別解 2本の糸が引く力の合力が重力とつり In あう。直角三角形の辺の長さの比より T1:10 = 2:1 ([M〕g T2:10= v3:1 よって T2=10√3≒17N 30° 類題 7 重さ(重力の大きさ) 20Nの小球に軽い糸 1, Mot 糸2をつけ, 図のように天井からつるして小 球を静止させた。 糸 1, 糸2が小球を引く力 の大きさ Ti〔N〕, T2 [N] をそれぞれ求めよ。 ヒント 垂直な方向について力のつりあいを考える。 糸1 30° T1 Ticos Ticos E-610005 _30° 30° 30° 60° 糸1 /3 T2 30° sin 30° cos30°=¥2 2, の関係を用いる (v3= 1.73...)。 2 T1 sin 30° 10 N 糸2 T₂ 10 N 3 糸が引く力 の合力 T₂ 重力 10 N 30° 糸2

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(1)では断面積sが関係ないのに、(2)ではsも含めて考えているのはなぜですか?

例題 17 水圧と浮力 右図のように、長さL 〔m〕 断面積 S〔m]の円柱を水 中に沈めると、円柱の上面が水深h [m]となるところで 円柱は静止して水中に浮いていた。 大気圧を po〔Pa〕, 水の密度をp[kg/m²], 重力加速度の大きさをg[m/s"] とし、円柱は水面に垂直であるものとする。 (1) 円柱の上面と下面にはたらく圧力はそれぞれいくら (2) 円柱にはたらく浮力の大きさはいくらか。 (3) 円柱の質量はいくらか。 大気圧による力は上面と下 面で相殺されるので,浮力の大 きさを求めるときは考慮する必 要はない。 4.9m/s'].an-9.8[m/s²] の大きさ (2) 上面と下面がそれぞれ水か ら受ける力の合力が浮力として はたらく。 h P₂S - P₁S ={po+pg (h+L)}S - (p+pgh) S 64 65 73 74 水面 【解答 (1) 円柱の上面と下面にはたらく圧力をそれぞれ. p 〔Pa], p2〔Pa〕 とすると, p= po+pgh より . almana 上面: p1 = po+pgh [Pa〕 下面:p2= po+pg(h+L) 〔Pa〕 (2) 円柱の上面と下面がそれぞれ水から受 ける力の合力が浮力となる。よって,(1) より oShg Img pS(h+L)g = pSLg〔N〕 (3) 浮力と重力がつり合って円柱は静止して水中に浮いている。 したがって,円柱の質量をm[kg] とすると,円柱にはたら く力のつり合いより, mg-pSLg=0 ゆえに, m = pSL [kg] 5 運動の法則 41

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下の問題に置いて、TとμNが、もし等しい関係にあり、糸を引く力を大きくした場合、物体はどのように動きますか?滑りながら傾くのですか?

基本例題22 物体が傾く条件 図のように、質量がm で, 縦, 横の長さがん, lの直方体の一 様な物体を水平であらい床の上に置き, 物体の上端に糸をつけ て水平に引く。重力加速度の大きさをgとする。 (1) 引く力の大きさがTをこえたとき, 物体は床の上をすべる (2) (1)のようになるための床と物体の間の静止摩擦係数μの条件を求めよ。 ことなく図の点Pの位置を軸に傾き始めた。 T を求めよ。 指針 (1) 物体が傾き始めるとき, 物体の底面は床から浮き上がるが, 端の点Pだけは床に接した ままである。このとき、垂直抗力Nと静止摩擦力の作用点は点Pにある。 (2) 傾き始めるときの静止摩擦力Fが, 最大摩擦力μN より小さければよい。 解答 (1) 物体にはたらく力は図のようになる。 物体 は点Pの位置を軸に傾き始めるので,垂直 抗力Nと静止摩擦力Fはともに点Pにはた らく。 点Pのまわりの力のモーメントのつ りあいより mgx/1/13-1 T×h=0 よって 2 (2) 水平方向の力のつりあいより T=mgl 2h T-F=0 よってF=T=mgl 2h 鉛直方向の力のつ りあいより N-mg=0 よって N = mg 物体が床の上をす べることなく傾き 始める条件は F<μN よって したがって μ> mg mgl 2h ĮERTA 2h 1 2 F N <μxmg 9端C棒(1 93- 端に Ch 棒 (2) 9. 水 な お (1 (2

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