高校物理 要点・解法ノート
差がつく

鉛直につるしたばね(自然長で放す)

着眼点重力の位置エネルギーとばねの弾性エネルギーの両方を入れる。自然長で静かに放すと、最大の伸びはつりあいの伸びの2倍。

例題
1
ばね定数 49\ \mathrm{N/m} のばねの下端に質量 0.20\ \mathrm{kg} のおもりをつけ、ばねが自然長の位置で静かに放した。ばねの最大の伸びと、つりあいの位置での伸びを求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2} とする。
解答
最下点(速さ0)で伸び x: 自然長の位置を基準に 0=-mgx+\frac12kx^2
x=\dfrac{2mg}k=\dfrac{2\times0.20\times9.8}{49}=0.080\ \mathrm{m}
つりあい: kx_0=mg より x_0=\dfrac{1.96}{49}=0.040\ \mathrm{m}
最大の伸び 8.0\ \mathrm{cm}、つりあい 4.0\ \mathrm{cm}
注意最下点で力がつりあうと考えるのは誤り。最下点は速さ0だが、ばねの力が重力より大きく上向きに加速している。

「仕事と力学的エネルギー」の項目

  1. 仕事の定義必須
  2. 運動エネルギーと仕事の関係必須
  3. 仕事率差がつく
  4. 重力と弾性力の位置エネルギー必須
  5. 力学的エネルギー保存必須
  6. 保存が使える条件(仕事をしない力を見抜く)必須
  7. 非保存力がはたらくとき(摩擦があるとき)必須
  8. 鉛直につるしたばね(自然長で放す)差がつく
  9. F-xグラフの面積=仕事差がつく
  10. 糸でつながれた物体系のエネルギー保存差がつく
  11. 変化する力の仕事を積分で求める不要

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