物理学

回折格子 ― 問題点と解決策

1. 1センチメートルあたり4000本のスリットを持つ回折格子に単色光を照射すると、30°の角度で2次輝線が生じる。使用した光の波長はいくらか？（1 Å = ^10⁻¹⁰ m）

既知：

スリット間の距離 (d) = 1 / (4000 スリット / cm) = 0.00025 cm = 2.5 x 10⁻⁴ ^cm = 2.5 x ^10⁻⁶メートル

順序 (n) = 2

sin 30 ^° = 0.5

1 Å = ^10⁻¹⁰ m

非弾性衝突

運動エネルギー保存の法則は、非弾性衝突には適用されません。運動量保存の法則は、衝突する2つの物体に外力が作用しない場合に限り、非弾性衝突にも適用されます。非弾性衝突では、2つの物体は衝突後にくっついたり、互いにくっついたりします。

例題１。

2つの物体は同じ質量、すなわち1kgです。物体1は平面上を10m/sの速度で移動し、静止している物体2と衝突します。衝突後、2つの物体はくっつきます。衝突後の2つの物体の速度はいくらですか？

部分弾性衝突

部分弾性衝突では、運動量保存の法則は適用されますが、運動エネルギー保存の法則は適用されません。衝突が発生すると、運動エネルギーの一部が音エネルギー、熱エネルギー、および内部エネルギーに変換されます。「弾性」という言葉は、衝突後、2つの物体がくっつくことなく跳ね返ることを示しています。

部分弾性衝突の例としては、2つのビー玉や2つのビリヤードボールの一次元衝突が挙げられる。

線運動量保存の法則

線運動量保存の法則とは、衝突する2つの物体に外力が作用しない場合、衝突前の物体の運動量は衝突後の物体の運動量に等しいという法則である。

p ₁ + p ₂ = p ₁ ' + p ₂ ' ………………….. 式 1.4

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

衝突後、両方の物体がくっついた場合、

m ₁ v ₁ + m ₂ v ₂ = (m ₁ + m ₂ ) v'

完全弾性衝突

2つの物体の衝突は、衝突前の各物体の運動量または運動エネルギーが、衝突後の各物体の運動量および運動エネルギーと等しい場合、完全弾性衝突と呼ばれます。言い換えれば、完全弾性衝突では、運動量保存の法則と運動エネルギー保存の法則が適用されます。「弾性」という言葉は、衝突後、2つの物体がくっついたり、互いに付着したりせず、跳ね返ることを示しています。各物体の運動量は保存されます。

各物体の運動量は保存される。

仕事と機械エネルギーの関係原理

仕事-運動エネルギー定理は、正味の仕事、すなわち正味の力がする仕事は、運動エネルギーの変化に等しいと述べている。

W _net = TO _t – TO _o = 1⁄2 m(v _t² – v _o² )

正味_の仕事= 力には保存力と非保存力の2種類があります。したがって、正味の仕事は、保存力によってなされた仕事と非保存力によってなされた仕事から構成されると考えることができます。

W _c + W _nc = ΔKE

保存力による仕事位置エネルギー

物体が垂直に上昇し、最高点に達した後に元の位置に戻る様子を観察してみましょう。物体が垂直に上昇している間、重力は物体に対して負の仕事をします。物体が上昇すると、物体の高さが増加します。したがって、物体の重力ポテンシャルエネルギーも増加します。つまり、重力が行う負の仕事は、物体の重力ポテンシャルエネルギー（PE）の増加分に等しいと結論づけることができます。

保守的な力と非保守的な力

1. 保守勢力

1.1 重量（w）

保存力と非保存力 1 物体が垂直に上昇し、最高点に達した後、元の位置に向かって下降する様子を観察してみましょう。物体が垂直にhだけ上昇するとき、重力は変位とは逆方向になります。したがって、重力は物体に対して負の仕事をします。

W = wh (cos 180 ^o ) = – wh = – mgh

物体は最高点に達した後、元の位置に向かってhだけ下降します。下降する際、重力は変位と同じ方向を向いています。そのため、重力は正の仕事をします。

仕事-運動エネルギーの原理

物体に正味の力が作用すると、物体は加速（変位）します。物体が加速すると、物体の速度が変化します。言い換えれば、正味の力がする仕事は、物体の初速度と終速度に関係しています。

一定の正味の力が物体に対して行う仕事は次のとおりである。

W_ネット= ΣF s

ニュートンの第二法則によれば、物体に正味の力が作用すると、物体は加速する。

テーブルの上で本を押して、本がずれるまで押し続けた場合、あなたは本に対して仕事をしたと言われます。物体が重力によって地面に落下した場合、重力が物体に対して仕事をしたと言われます。逆に、汗だくになるほど全力で物体を押しても、物体が全く動かない場合、あなたは物体に対して仕事をしなかったと言われます。日常生活では、物体を押すことで大変な仕事をしたと言うかもしれませんが、物理学では、物体がずれていないので、物体に対して仕事をしたとは言えません。