正味トルクの大きさ – 問題点と解決策

1. 長さ 2 m の梁の一端に力 P が加えられます。トルクの大きさはいくらですか? 点 A における回転軸。

正味トルクの大きさ – 問題点と解決策 1既知:

力(F)= 10 N

ABの長さ(r AB )=2m

力Fは梁に垂直である。

レバーアーム (l ) = r AB sin 90 o = (2 m)(1) = 2 m

求めるもの:回転軸周りのトルク

解決策:

トルク:

τ = F l = (10 N)(2 m) = 20 N m

プラス記号は、ビームが反時計回りに回転することを示しています。

[irp]

2. 梁AB の長さは 2 m で、力 F の大きさは 10 N です。トルクの大きさはいくらですか。回転軸は点 A にあります。

正味トルクの大きさ – 問題点と解決策 2既知:

力(F)= 10 N

ABの長さ(r AB )=2m

レバーアーム (l ) = r AB sin 60 o = (2 m)(0.5 √3 ) = √3 m

求めるもの:回転軸周りのトルク

解決策:

トルク:

τ = F l = (10 N)( √3 m) = 10 √3 N m

プラス記号は、力Fによって梁が反時計回りに回転することを示しています。

[irp]

3. 梁の長さは2mです。F1の大きさは10N、F2の大きさは15Nです。梁の中心周りの正味トルクを求めなさい。

ビームの中心にある回転軸。

正味トルクの大きさ – 問題点と解決策 3既知:

力1(F1 )=10N

F1と梁の中心間の距離(r1 ) = 1m

レバーアーム1 (l 1 ) = r 1 sin 90 o = (1 m)(1) = 1 m

力F1は梁に垂直である。

力2(F2 )=15N

F2と梁の中心間の距離( r2 )= 1m

力F2は梁に垂直である。

レバーアーム2 (l 2 ) = r 1 sin 90 o = (1 m)(1) = 1 m

求めるもの:回転軸周りの正味トルク

解決策:

トルク1:

τ 1 = F 1 l 1 = (10 N)( 1 m) = 10 N m

プラス記号は、力F1によって梁が反時計回りに回転することを示しています。

トルク2:

τ 2 = F 2 l 2 = (15 N)( 1 m) = -15 N

マイナス符号は、力F2によって梁が時計回りに回転するためです。

正味トルク:

Σ τ = τ 1 – τ 2 = 10 – 15 = – 5 N·m

マイナス符号は、ビームが時計回りに回転することを示しています。

[irp]

4. 梁ABの長さは2m、F1の大きさは10N、F2の大きさは10Nです。梁の中心周りの正味トルクを求めなさい。

正味トルクの大きさ – 問題点と解決策 4ビームの中心にある回転軸。

既知:

力1 (F 1 ) = 10 Nn

F1と梁の中心間の距離( r1)= 1m

レバーアーム1 (l 1 ) = r 1 sin 60 o = (1 m)(0.5 √3 ) = 0.5 √3 m

力2(F2 )=10N

F2と梁の中心間の距離( r2)= 1m

力F2は梁に垂直である。

レバーアーム2 (l 2 ) = r 2 sin 90 o = (1 m)(1) = 1 m

求めるもの:回転軸周りの正味トルク

解決策:

トルク1:

τ 1 = F 1 l 1 = (10 N)( 0.5 √3 m) = 5 √3 = 8.7 Nm

プラス記号は、力F1によって梁が時計回りに回転することを示しています。

トルク2:

τ 2 = F 2 l 2 = (10 N)( 1 m) = -10 N m

マイナス符号は、力F2によって梁が時計回りに回転するためです。

正味トルク:

Σ τ = τ 1 – τ 2 = 8.7 – 10 = – 1.3 N・m

マイナス符号は、正味の力が梁を時計回りに回転させるためである。

[irp]

5. 梁の長さは 10 m、力 F 1の大きさは 10 N、力 F 2の大きさは 10 N、力 F 3の大きさは15 N です。点 A と点 C の間の距離は 7.5 m です。力 F 2は梁の中央にあります。点 B から 2.5 m 離れた点 C 周りの正味トルクを求めなさい。

回転軸は点Cに位置する。

正味トルクの大きさ – 問題点と解決策 5既知:

力1(F1 )=10N

F1と点C間の距離(r1 )=2.5m

力F1は梁に垂直である。

レバーアーム1 (l 1 ) = r 1 sin 90 o = ( 2.5 m)( 1 ) = 2.5 m

力2(F2 )=10N

F2と点C間の距離(r2 )=2.5m

力F2は梁に対して垂直である。

レバーアーム2 (l 2 ) = r 2 sin 90 o = ( 2.5 m)(1) = 2.5 m

力3(F3 )=15N

F3と点C間の距離(r3 )=7.5m

力F3は梁に対して垂直である。

レバーアーム3 (l 3 ) = r 3 sin 90 o = (7.5 m)(1) = 7.5 m

求めるもの:回転軸周りの正味トルク

解決策:

トルク1:

τ 1 = F 1 l 1 = (10 N)( 2.5 m) = 25 N m

プラス記号は、力F1によって梁が時計回りに回転することを示しています。

トルク2:

τ 2 = F 2 l 2 = (10 N)( 2.5 m) = 25 N m

プラス記号は、力F2によって梁が時計回りに回転することを示しています。

トルク3:

τ 3 = F 3 l 3 = (15 N)( 7.5 m) = -112..5 N m

マイナス符号は、力F3によって梁が時計回りに回転するためです。

正味トルク:

Σ τ = τ 1 + τ 2 – τ 3 = 25 + 25 – 112.5 = – 62.5 N・m

マイナス符号は、正味の力が梁を時計回りに回転させるためである。

[irp]

6. 梁の長さは10m、Fの大きさは1 は 10 N で、F の大きさは2 は 10 N であり、F の大きさは3 は 10 N です。原点から 5 m 離れた点 A 周りの正味トルクを求めます。正味トルクの大きさ – 問題点と解決策 6力Fの適用点1.

点Aにおける回転軸。

既知:

力1(F1 )=10N

F1と点A間の距離(r1 )=5m

レバーアーム1 (l 1 ) = r 1 sin 60 o = (5 m)(0.5 √3 ) = 2.5 √3 m

力2(F2 )=10N

F2と点A間の距離(r2 )= 0

力F2は梁に垂直である。

レバーアーム2 (l 2 ) = r 2 sin 90 o = (0)(1) = 0

力3(F3 )=10N

F3と点A間の距離(r3 )=10m

レバーアーム3 (l 3 ) = r 3 sin 30 o = (10 m)(0.5) = 5 m

求めるもの:回転軸周りの正味トルク

解決策:

トルク1:

τ 1 = F 1 l 1 = (10 N)( 2.5 √3 m ) = 25√3 = 43.3 N m

プラス記号は、力F1によって梁が時計回りに回転することを示しています。

トルク2:

τ 2 = F 2 l 2 = (10 N)(0) = 0

トルク3:

τ 3 = F 3 l 3 = (10 N)( 5 m) = -50 N m

マイナス符号は、力F3によって梁が時計回りに回転するためです。

正味トルク:

Σ τ = τ 1 + τ 2 – τ 3 = 43.3 + 0 – 50 = – 6.7 N・m

マイナス符号は、正味の力が梁を時計回りに回転させるためである。

続きを読む

一次元における部分非弾性衝突 ― 問題点と解決策

1.質量500グラムの物体Aが秒速10メートルで、質量200グラムの物体Bが秒速12メートルで移動しています。これらの物体は接近し、衝突します。衝突後の物体Aの速度が秒速6メートルである場合、衝突後の物体Bの速度はいくらですか?

既知:

物体1の質量(m1 )=500グラム=0.5kg

物体2の質量(m2 )=200グラム=0.2kg

物体1の初速度(v1 )=-10m/s

物体2の初速度(v2 )=12m/s

物体1の最終速度(v1 ' )= 6 m/s

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に動くことを示しています。

求めるもの:物体2の最終速度(v2 ' )

解決策:

m1 v1 +m2 v2 = m1 v1' + m2 v2'

(0.5)(-10) + (0.2)(12) = (0.5)(6) + (0.2)(v 2 ')

-5 + 2.4 = 3 + 0.2 v 2 '

-2.6 = 3 + 0.2 v 2 '

-2.6 – 3 = 0.2 v 2 '

-5.6 = 0.2 v 2 '

v 2 ' = -5.6 / 0.2

v 2 ' = -28 m/s

衝突後の物体2の速度は28m/sである。

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

[irp]

2. 質量が等しい2つの物体が互いに接近し、衝突します。物体1の速度は6m/s、物体2の速度は8m/sです。衝突後、物体2は5m/sの速度で左方向に移動します。衝突後の物体1の速度の大きさと方向はどれくらいですか?

知る :

物体1の質量(m1)=m

物体2の質量(m2 )=m

物体1の初速度(v1 )=-6m/s

物体2の初速度(v2 )=8m/s

物体2の最終速度(v2 ' )=-5m/s

求む:衝突後の物体1の大きさおよび方向

解決策:

線運動量保存の法則:

m1 v1 +m2 v2 = m1 v1' + m2 v2'

mv 1 + m v 2 = m v 1 ' + m v 2 '

m (v 1 + v 2 ) = m (v 1 ' + v 2 ')

v 1 + v 2 = v 1 ' + v 2 '

-6 + 8 = v 1 ' – 5

2 = v 1 ' – 5

2 + 5 = v 1 '

v 1 ' = 7 m/s

衝突後の物体1の速度(v 1 ')は3 m/sです。

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

[irp]

3.質量1kgのボール1と質量2kgのボール2が同じ方向に動き、非弾性衝突を起こします。衝突前、ボール1の速度は10m/s、ボール2の速度は5m/sでした。衝突後のボール2の速度は4m/sです。衝突後のボール1の速度を求めなさい。

既知:

質量ボール1(m1 )=1kg

質量ボール2(m2 )=2kg

ボール1の速度(v1 )=10m/s

ボール2の速度(v2 )=5m/s

ボール2の最終速度(v2 ' )= 4 m/s

速度のプラス符号は、ボールが同じ方向を向いていることを示しています。

求めるもの:ボール1の最終速度(v1 ' )

解決策:

m1 v1 +m2 v2 = m1 v1' + m2 v2'

(1)(10) + (2)(5) = (1)(v 1 ') + (2)(4)

10 + 10 = v 1 ' + 8

20 – 8 = v 1 '

v 1 ' = 12 m/s

衝突後のボール1の速度は12m/sです。

[wpdm_package id = '1190']

  1. 線形運動量問題とその解法
  2. 運動量と衝撃に関する問題と解答
  3. 一次元における完全弾性衝突の問題と解決策
  4. 一次元における完全非弾性衝突の問題と解決策
  5. 一次元における非弾性衝突の問題と解決策

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一次元における非弾性衝突 ― 問題点と解決策

1. 30グラムの弾丸が30m/sの速度で静止している1kgのブロックに衝突します。衝突の結果、弾丸とブロックが一体化した場合、ブロックの速度を求めなさい。

既知:

弾丸の質量(m 1 ) = 30グラム = 0.03 kg

ブロックの質量(m 2 ) = 1 kg

弾丸の初速度 ( v 1 ) = 30 m/s

ブロックの初期速度(v 2 ) = 0 (ブロックは静止状態)

求む:衝突後の弾丸とブロックの速度(v')

解決策:

m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 + m 2 ) v'

(0.03)(30) + (1)(0) = (0.03 + 1) v'

0.9 + 0 = 1.03 v'

0.9 = 1,03 v'

v' = 0.9 / 1,03

v' = 0.87 m/s

[irp]

2.質量 2 kg のビリヤードボール A が速度 v A = 6 ms −1で移動し、同じ質量のボール B と正面衝突します。衝突が完全非弾性衝突である場合、衝突後の 2 つのボールの速度はそれぞれどうなりますか。

既知:

質量 A (m A ) = 2 kg

質量 B (m B ) = 2 kg

ボールAの初速度(v A )= -6 m/s

ボールBの初速度(vB )= 4 m/s

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に動くことを示しています。

求めたいもの:衝突後の2つのボールの速度(v')

解決策:

m A v A + m B v B = (m A ' + m B ) v'

(2)(-6) + (2)(4) = (2 + 2) v'

-12 + 8 = 4 v'

-4 = 4 v'

v' = -4 / 4

v' = -1 m/s

[irp]

3.m1 = 3 kg (NAIST) と m2 = 4 kg 反対方向に速度で接近する v1 = 10 m / s (NAIST) と v2 = 12 m/s。 衝突が完全非弾性衝突である場合、衝突後の2つのボールの速度はそれぞれいくらになるか。

既知:

物体1の質量(m1 )=3kg

物体2の質量(m2 )=4kg

物体1の速度(v1 )=-10m/s

物体2の速度(v2 )=12m/s

求めたいもの:衝突後の速度(v')

解決策:

m 1 v 1 + m 2 v 2 = (m 1 ' + m 2 ) v'

(3)(-10) + (4)(12) = (3 + 4) v'

-30 + 48 = 7 v'

18 = 7 v'

v' = 18 / 7

v' = 2.6 m/s

[wpdm_package id = '1157']

  1. 線形運動量問題とその解法
  2. 運動量と衝撃に関する問題と解答
  3. 一次元における完全弾性衝突の問題と解決策
  4. 一次元における完全非弾性衝突の問題と解決策
  5. 一次元における非弾性衝突の問題と解決策

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一次元における完全弾性衝突 ― 問題点と解決策

1. 質量200グラムのボールAが10m/sの速度で移動し、静止している質量200グラムのボールBに衝突します。衝突後のボールAとボールBの速度はそれぞれいくらですか?

既知:

球Aの質量(m A )= 200グラム = 0.2 kg

ボールBの質量(mB )=200グラム=0.2kg

衝突前のボールAの速度(v A )= 10 m/s

衝突前のボールBの速度(v B )= 0

求めたいもの:衝突後のボールAの速度(v A ')とボールBの速度(v B ')

解決策:

v A ' = v B = 0

v B ' = v A = 10 m/s

[irp]

2. 質量が等しい2つの物体が互いに接近し、衝突して跳ね返ります。衝突前の質量Aの速度は8m/s、質量Bの速度は12m/sです。衝突後の質量Aと質量Bの速度の大きさと方向を求めなさい。

既知:

質量 A (m A ) = m

質量 B (m B ) = m

衝突前の質量Aの速度(v A )= -8 m/s

衝突前の質量Bの速度(vB )= 12 m/s

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

求めるもの:衝突後の質量A(v A ')と質量B(v B ')の速度の大きさと方向

解決策:

完全弾性衝突では、物体の質量が等しい場合、衝突後のAの速度(v A ')は衝突前のBの速度(v B )に等しく、衝突後のBの速度(v B ')は衝突前のAの速度(v A )に等しくなります。

衝突前にAが右方向に動き、Bが左方向に動く場合、衝突後にはAが左方向に動き、Bが右方向に動く。

物体は質量が等しく、衝突は完全弾性衝突であるため、両方の物体は速度を交換した。

v A ' = -v B = -12 m/s

v B ' = v A = 8 m/s

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

[irp]

3. 質量2kgの物体Aが秒速10mで移動し、質量4kgのボールBが秒速20mで移動している。衝突が完全弾性衝突である場合、衝突後の物体Aと物体Bの速度はそれぞれいくらか。

既知:

質量 A (m A ) = 2 kg

質量 B (m B ) = 4 kg

衝突前の物体Aの速度(v A )= 10 m/s

衝突前の物体Bの速度(vB )=20m/s

求めるもの:衝突後の物体Aの速度(v A ')と物体Bの速度(v B ')

解決:

完全弾性衝突において、物体の質量が等しく、互いに接近する場合、衝突後の物体の速度は次の式を用いて計算されます。

一次元における完全弾性衝突 ― 問題と解決策 1

衝突後の物体Aの速度:

一次元における完全弾性衝突 ― 問題と解決策 2

[irp]

4. 100グラムの物体が秒速20メートルで壁に完全弾性衝突する。衝突後の物体の速度の大きさと方向は?

既知:

質量 (m A ) = 100グラム = 0.1 kg

壁の質量 (m B ) = 無限大

衝突前の質量の速度 (v A ) = 20 m/s

衝突後の質量の速度 (v B ) = 0

求む:衝突後の速度の大きさと方向

解決策:

v B = 0、m A が非常に小さく、m 2が非常に大きい場合、v A ' = -v Aおよび v 2 ' = 0 となります。

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に移動することを示しています。

5.質量2kgのボールAと質量5kgのボールBの衝突前後の様子を下の図に示します。衝突が完全弾性衝突である場合、衝突前のボールAの速度はいくらですか?

既知:

ボールの質量 午前A) = 2kg完全弾性衝突 – 問題と解決策 1

球Bの質量( mB )=5kg

衝突前のボールBの速度(vB )=2m/s

衝突後のボールAの速度(v A ')= 5 m/s

衝突後のボールBの速度(v B ')= 4 m/s

両方のボールは右方向に動いているので、速度は正の値をとる。

求む:衝突前のボールAの速度(v A )

解決策:

mA vA +mB vB = mA vA' + mB vB'

2(v A ) + (5)(2) = (2)(5) + (5)(4)

2(v A ) + 10 = 10 + 20

2(v A ) + 10 = 30

2(v A ) = 30 – 10

2(v A ) = 20

v A = 20/2

v A = 10 m/s

[irp]

6.物体AとBは、下の図に示すように水平面上を移動します。衝突が完全弾性衝突であり、衝突後の物体Bの速度が15m/sである場合、衝突後の物体Aの速度はいくらですか。

既知:

物体の質量 午前A) = 5kg完全弾性衝突 – 問題と解決策 2

物体Bの質量( mB )=2kg

衝突前の物体Aの速度(v A )= 12 m/s

衝突前の物体Bの速度(vB )=10m/s

衝突後の物体Bの速度(v B ')= 15 m/s

衝突前も衝突後も、両方の物体は右方向に移動するため、速度の符号は正となる。

求む:衝突後の物体Aの速度(v A ')

解決策:

mA vA +mB vB = mA vA' + mB vB'

(5)(12) + (2)(10) = (5)v A ' + (2)(15)

60 + 20 = (5)v A ' + 30

80 = (5)v A ' + 30

80 – 30 = (5)v A '

50 = (5)v A '

v A ' = 50/5

v A ' = 10 m/s

[wpdm_package id = '1156']

  1. 線形運動量問題とその解法
  2. 運動量と衝撃に関する問題と解答
  3. 一次元における完全弾性衝突の問題と解決策
  4. 一次元における完全非弾性衝突の問題と解決策
  5. 一次元における非弾性衝突の問題と解決策

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運動量と衝動 ― 問題点と解決策

1. 小さなボールを水平方向に一定の速度 10 m/s で投げます。ボールは壁に当たり、同じ速度で反射します。ボールの線運動量の変化はどれくらいですか?

既知:

質量(m) = 0.2 kg

初速度 (v o ) = -10 m/s

最終速度 (v t ) = 10 m/s

プラスとマイナスの記号は、物体が反対方向に動くことを示しています。

求めるもの:線運動量の変化(Δp)

解決策:

線運動量の変化の公式:

Δp = mv t – mv o = m (v t – v o )

線運動量の変化:

Δp = 0.2 (10 – (-10)) = 0.2 (10 + 10)

Δp = 0.2 (20)

Δp = 4 kg m/s

[irp]

2. 10グラムのボールがある高さから自由落下し、15 m/sの速度で床に衝突した後、10 m/sの速度で上向きに跳ね返ります。力積を求めなさい。

既知:

質量 (m) = 10グラム = 0.01 kg

初速度 (v o ) = -15 m/s

最終速度 (v t ) = 10 m/s

求む:インパルス(I)

解決策:

力積(I)は運動量の変化(Δp)に等しい。

I = mv t – mv o = m (v t – v o )

衝動:

I = 0.01 (10 – (-15)) = 0.01 (10 + 15)

I = 0.01 (25)

I = 0.25 kg m/s

[irp]

3. 200グラムのボールが水平方向に4m/sの速度で投げられ、その後同じ方向に打たれた。ボールがバットに接触していた時間は2ミリ秒で、バットを離れた後のボールの速度は12m/sである。打者がボールに加えた力の大きさは…

既知:

質量 (m) = 200グラム = 0.2 kg

初速度 (v o ) = 4 m/s

最終速度 (v t ) = 12 m/s

時間間隔 (t) = 2 ミリ秒 = (2/1000) 秒 = 0.002 秒

求む:力の大きさ(F)

解決策:

インパルスの公式:

I = F t

運動量変化の公式:

mv t – mv o = m (v t – v o )

力積(I)は運動量の変化(Δp)に等しい。

I = Δp

F t = m (v t – v o )

F (0.002) = (0.2)(12 – 4)

F (0.002) = (0.2)(8)

F (0.002) = 1.6

1.6/0.002 (%)

F = 800ニュートン

[wpdm_package id = '1155']

  1. 線形運動量問題とその解法
  2. 運動量と衝撃に関する問題と解答
  3. 一次元における完全弾性衝突の問題と解決策
  4. 一次元における完全非弾性衝突の問題と解決策
  5. 一次元における非弾性衝突の問題と解決策

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線形運動量 – 問題と解決策

1. 物体が一定の速度 10 m/s で移動している。物体の線運動量を計算せよ。

既知:

質量(m) = 1 kg

速度(v) = 10 m/s

求む:線運動量(p)

解決策:

線運動量の公式:

p = 移動

p = 線運動量、m = 質量、v = 速度

線運動量:

p = mv = (1)(10) = 10 kg m/s 2

[irp]

2. 2kgのブロックと4kgのブロックが一定の20m/sの速度で移動します。ブロックの線運動量はいくらですか。

既知:

ブロックAの質量(m A )= 2 kg

ブロックBの質量( mB )=4kg

ブロックAの速度(v A )= 20 m/s

ブロックBの速度(vB )= 20 m/s

求む:ブロックAの線運動量(p A )とブロックBの線運動量(p B )

解決策:

ブロックAの線運動量:

p A = m A v A = (2)(20) = 40 kg m/s

ブロックBの線運動量:

p B = m B v B = (4)(20) = 80 kg m/s

[irp]

3. 2kgのブロックが一定の2m/sの速度で動き、2kgのブロックが一定の4m/sの速度で動きます。これらのブロックの線運動量を求めなさい。

既知:

ブロックAの質量(m A )= 2 kg

ブロックBの質量(mB )=2kg

ブロックAの速度(v A )= 2 m/s

ブロックBの速度(vB )= 4 m/s

求む:ブロックの線運動量

解決策:

ブロックAの線運動量:

p A = m A v A = (2)(2) = 4 kg m/s

ブロックBの線運動量:

p B = m B v B = (2)(4) = 8 kg m/s

[irp]

4.静止している 5 kg の物体。運動量の線運動量はいくらですか。

既知:

質量(m)= 5 kg

物体の速度(v) = 0

求めるもの:線運動量(p)

解決策:

p = mv = (5)(0) = 0

[wpdm_package id = '1155']

  1. 線形運動量問題とその解法
  2. 運動量と衝撃に関する問題と解答
  3. 一次元における完全弾性衝突の問題と解決策
  4. 一次元における完全非弾性衝突の問題と解決策
  5. 一次元における非弾性衝突の問題と解決策

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電力 – 問題点と解決策

仕事率とは、一定期間内にどれだけの作業が行われるかを示す指標です。数学的には、仕事率を時間に対する仕事量の比率で表します。

P = 重量/トン

説明:P = 電力(ジュール/秒 = ワット)、W = 仕事(ジュール)、t = 時間間隔(秒)

この式に基づくと、仕事率が大きいほど出力も大きくなると結論づけられます。逆に、仕事率が小さいほど出力も小さくなります。仕事率とは、仕事が行われる速度のことです。

[irp]

電力はスカラー量です。電力のSI単位はジュール/秒です。ジュール/秒はワット(略称W)に相当し、ジェームズ・ワットに敬意を表して名付けられました。電力の英国帝国単位はフィートポンド/秒です。

この単位は実用上小さすぎるため、より大きな単位である馬力(hpと略記)が使用されます。1馬力 = 毎秒550フィートポンド = 764ワット = ¾キロワット。

仕事量は、電力×時間という単位、例えばキロワット時(kWh)で表すこともできます。1kWhは、1キロワットの一定電力で1時間行われた仕事量を指します。

1. 50 kg の人が10 メートルの高さの階段を 2 分で駆け上がります。重力加速度( g) は 10 m/ s 2です。動力を求めます。

既知:

質量(m) = 50 kg

高さ(h)=10メートル

重力加速度(g) = 10 m/ s²

時間間隔( t) = 2分= 2 (60) = 120秒

求む:パワー(P)

解決策:

べき乗の公式:

P = W / トン

P =電力、W =仕事、t =時間

仕事の公式:

W = F s = wh = mgh

W =仕事、F =力、w =重さ、d =変位、h =高さ、m = 質量、g =重力加速度

W = mgh = (50)(10)(10) = 5000ジュール。

P = W / t = 5000 / 120 = 41.7ジュール/秒。

[irp]

2. 60 kg の人が 5 メートルの高さの木に 10 秒で登るのに必要な動力を計算します。重力による加速度は 10 m/s 2です。

既知:

質量(m)= 60 kg

高さ(h) = 5メートル

重力加速度(g) = 10 m/ s²

時間間隔(t)=10秒

求む:パワー

解決策:

仕事 :

W = mgh = (60)(10)(5) = 3000ジュール

力 :

P = W / t = 3000 / 10 = 300 ジュール/秒

3. 出力300ワット、周期5分で5回転する回転式コメディ。消費エネルギーは…

A. 15 kJ

B. 75 kJ

C. 90 kJ

D. 450 kJ

既知:

電力(P)=300ワット=300ジュール/秒

期間(T)=5分=5(60秒)=300秒

回転数 = 5

求む:ロータリーコメディで使用されるエネルギー

解決策:

電力 – 問題点と解決策

正解はDです。

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  1. 力による問題と解決策によって作業が行われた
  2. 仕事と運動エネルギーに関する問題と解答
  3. 仕事と機械エネルギーの原理に関する問題と解答
  4. 重力ポテンシャルエネルギーの問題と解決策
  5. 弾性ばねのポテンシャルエネルギーに関する問題と解決策
  6. 電力問題とその解決策
  7. 自由落下運動における力学的エネルギー保存則の適用
  8. 自由落下運動における上下運動への力学的エネルギー保存則の適用
  9. 曲面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用
  10. 斜面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用
  11. 投射運動における力学的エネルギー保存則の応用

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斜面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の応用 ― 問題と解答

1. ブロックが摩擦のない滑らかな斜面を滑り降ります。ブロックが地面に衝突するときの速度はいくらですか。重力加速度は 10 m/s² です。

斜面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用 1既知:

高さ(h) = 8 m

重力加速度(g) = 10 m/ s²

求めるもの:速度(v)

解決:

初期力学的エネルギー (ME o ) =重力ポテンシャルエネルギー(PE)

ME o = PE = mgh = m (10)(8) = 80 m

最終的な機械エネルギー (ME t ) =運動エネルギー(KE)

ME t = KE = ½ mv 2

力学的エネルギー保存の法則は、初期の力学的エネルギーと最終的な力学的エネルギーが等しいことを述べている。

ME o = ME t

80 m = ½ mv 2

80 = ½ v 2

160 = v 2

v = √160 = √(16)(10) = 4√10 m/s

[irp]

2. 1kgの物体が8メートル滑り降りる。物体が5メートル移動した後の運動エネルギーを求めよ。重力加速度g = 10 m/ s²

斜面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用 2既知:

質量(m)= 0.2 kg

d = 5メートル

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

求めるもの:運動エネルギー(KE)

解決策:

sin 30 ° = h / d

0.5 = h / 5

h = (0.5)(5) = 2.5メートル

物体の高さの変化は2.5メートルです。

初期力学的エネルギー(ME o)=重力ポテンシャルエネルギー(PE)

ME o = PE = mgh = (1)(10)(2.5) = 25ジュール

最終的な力学的エネルギー (ME t ) = 運動エネルギー (KE)

ME t = KE

力学的エネルギー保存の法則は、初期力学的エネルギー=最終力学的エネルギーであると述べている。

ME o = ME t

25 = KE

運動エネルギー=25ジュール。

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  1. 力による仕事の問題と解決策
  2. 仕事と運動エネルギーに関する問題と解答
  3. 仕事と機械エネルギーの原理に関する問題と解答
  4. 重力ポテンシャルエネルギーの問題と解決策
  5. 弾性ばねのポテンシャルエネルギーに関する問題と解決策
  6. 電力問題とその解決策
  7. 自由落下運動における力学的エネルギー保存則の適用
  8. 自由落下運動における上下運動への力学的エネルギー保存則の適用
  9. 曲面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用
  10. 斜面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用
  11. 投射運動における力学的エネルギー保存則の応用

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曲面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の応用 ― 問題と解答

1. 1 kg のブロックが滑らかな曲面を滑り降ります。ブロックの最下点での運動エネルギーと速度を求めなさい。重力加速度は 10 m/s²です。

曲線面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用 1既知:

質量(m) = 1 kg

高さの変化 (h) = 5 m

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

求めるもの:ブロックの運動エネルギー(KE)と速度。

解決策:

(a)運動エネルギー

初期の力学的エネルギー=重力ポテンシャルエネルギー

ME o = PE = mgh = (1)(10)(5) = 50ジュール

最終的な力学的エネルギー=運動エネルギー

ME t = KE = ½ mv t 2

力学的エネルギー保存の法則は、初期の力学的エネルギーと最終的な力学的エネルギーが等しいことを述べている。

ME o = ME t

PE = KE

50 = KE

運動エネルギー(KE)=50ジュール。

(b)ブロックの速度

力学的エネルギー保存の法則:

初期力学的エネルギー(ME o )=最終力学的エネルギー(ME t )

重力ポテンシャルエネルギー(PE)=運動エネルギー(KE)

50 = ½ mv 2

2(50) / m = v 2

100 / 1 = v 2

100 = v 2

v = √100

v = 10 m / s

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2. 質量2kgの物体が摩擦なく滑り降りる。地面から2メートル上の地点での物体の運動エネルギーと速度はいくらか。重力加速度は10m/s²とする。

曲線面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用 2既知:

質量(m)= 2 kg

高さの変化 (h) = 10 – 2 = 8 m

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

求めるもの:地上2メートル地点における運動エネルギー(KE)と速度(v)。

解決策:

(a)地上2メートル地点での運動エネルギー

初期の力学的エネルギー=重力ポテンシャルエネルギー

ME o = PE = mgh = (2)(10)(8) = 160ジュール

最終的な力学的エネルギー=運動エネルギー

ME t = KE = ½ mv t 2

力学的エネルギー保存の法則は、初期力学的エネルギー=最終力学的エネルギーであると述べている。

ME o = ME t

PE = KE

160 = KE

地上2メートル地点での運動エネルギー(KE)は160ジュールである。

(b)物体の最下面における速度

力学的エネルギー保存の法則:

初期力学的エネルギー (ME o ) = 最終力学的エネルギー (EM t )

重力ポテンシャルエネルギー(PE)=運動エネルギー(KE)

160 = ½ mv 2

160 = ½ (2) v 2

160 = v 2

v = √160 = √(16)(10) = 4√10 m/s

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  7. 自由落下運動における力学的エネルギー保存則の適用
  8. 自由落下運動における上下運動への力学的エネルギー保存則の適用
  9. 曲面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用
  10. 斜面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用
  11. 投射運動における力学的エネルギー保存則の応用

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投射運動における力学的エネルギー保存則の応用 ― 問題と解決策

1.蹴られたサッカーボールは、初速度 10 m/s で地面から角度 θ = 30 °で飛び出します。ボールの質量は 0.1 kg です。重力加速度は10 m/s²です。( a)最高点における重力ポテンシャルエネルギー(b) 最高点または最大高さを求めなさい。

既知:

質量(m)= 0.1 kg

初速度 (v o ) = 10 m/s

角度 = 30 °

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

解決策:

(a)重力ポテンシャルエネルギー

投射運動における力学的エネルギー保存則の応用 ― 問題と解答 1

初速度の水平成分(v ox )と垂直成分(v oy )を計算します。

投射運動における力学的エネルギー保存則の応用 ― 問題と解答 2投射運動における力学的エネルギー保存則の応用 ― 問題と解答 2vox = vo COS θ = (10)(cos 30o) = (10)(0.5√3) = 5√3 m/s

v oy = v o sinθ = (10)(sin 30 o ) = (10)( 0.5) = 5 m/s

初期の機械エネルギー

初期の力学的エネルギー(ME o ) =運動エネルギー(KE)

ME o = KE = 1/2 mv o 2 = 1/2 (0.1)(10) 2 = 1/2 (0.1)(100) = 1/2 (10) = 5 ジュール

最終的な機械エネルギー

最高点における運動エネルギー:

KE = 1/2 mv ox 2 = 1/2 (0.1)(5√3) 2 = 1/2 (0.1)((25)(3)) = 1/2 (0.1)(75) = 3.75 ジュール

力学的エネルギー保存の法則

初期力学的エネルギー(ME o )=最終力学的エネルギー(ME t )

KE = PE + KE

5 = EP + 3.75

PE = 5 – 3.75 = 1.25ジュール

最高地点における重力ポテンシャルエネルギーは1.25ジュールである。

(b)最高点または最大高さ

PE = mgh

1.25 = (0.1)(10) h

1.25 = h

最大高さは1.25メートルです。

[irp]

2.質量 0.1 kg のボールが、高さ 10 メートルの建物から初速度 v o = 10 m/s で水平方向に投げ出されます。重力による加速度は 10 m/s² です。ボールが地面に衝突したときの運動エネルギーを求めなさい。

既知:

質量(m)= 0.1 kg

初速度 (v o ) = 10 m/s

重力加速度 (g) = 10 m/ s²

高さの変化 (h) = 10 – 2 = 8 m

求む:地上2メートル地点での運動エネルギー

解決策:

重力ポテンシャルエネルギー (PE) = mgh = (0.1)(10)(10) = 10ジュール

初期運動エネルギー (KE) = ½ mv o 2 = ½ (0.1)(10) 2 = ½ (0.1)(100) = ½ (10) = 5 ジュール

最終的な運動エネルギー = 初期の重力ポテンシャルエネルギー + 初期の運動エネルギー = 10 + 5 = 15 ジュール

[wpdm_package id = '1173']

  1. 力による仕事の問題と解決策
  2. 仕事と運動エネルギーに関する問題と解答
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  5. 弾性ばねのポテンシャルエネルギーに関する問題と解決策
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  10. 斜面上の運動に対する力学的エネルギー保存則の適用
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