[1] 伸縮しない,質量を無視できる棒(長さ r とする)の一端を天井につけ, 他端に質量 m のおもりをつけたとする.これを振り子(単振り子)に見立て ると,おもりは支点(天井の固定点)から一定の距離の平面内に固定された円 周上を運動する。.重力加速度の大きさを gとし,抵抗力は無視できるとして X 0 r 以下の間に答えよ。 (1)図のように座標系を設定したとする(z軸は支点の位置に,画面からこち ら側へ突き抜ける向きを正としてとる).また,図の点線で示された鉛直軸と棒 とのなす角度を 0とする.このとき,ある時刻t におけるおもりの位置 デ= (x,y,z) を0を用いて表せ、(x,y,z それぞれ2点) mg 解答 (2)回転の運動方程式 =N を用いることで、単振り子の角度に関する運動方程式 mr dt2 d?e = -mg sin 0 を導け、(4点) dt 計算(考察)過程を含む解答 (3)(2)の運動方程式で微小角振動であると仮定すると sin0 ~0 としてよい.このとき,運動方程式は解くことがで きる。近似された運動方程式とその解を導出せよ(積分定数は任意に与えること).(運動方程式 2点、解の導出 2 点) 計算(考察)過程を含む解答