高校物理 要点・解法ノート
差がつく

糸でつながれた物体系のエネルギー保存

着眼点張力は2物体に逆向きの仕事をして打ち消し合うので、系全体の力学的エネルギーは保存する(摩擦がなければ)。

例題
1
天井の滑車に糸をかけ、両端に 3.0\ \mathrm{kg} と 2.0\ \mathrm{kg} のおもりをつるして静かに放した。1.0\ \mathrm{m} 動いたときの速さを求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2} とする。
解答
3.0\ \mathrm{kg} が 1.0\ \mathrm{m} 下がり、2.0\ \mathrm{kg} が 1.0\ \mathrm{m} 上がる。
位置エネルギーの減少 (3.0-2.0)\times9.8\times1.0=9.8\ \mathrm{J}
\frac12\times(3.0+2.0)v^2=9.8 より v^2=3.92、v=1.97\cdots
2.0\ \mathrm{m/s}(検算: 運動方程式で a=1.96、v^2=2\times1.96\times1.0=3.92)
注意片方の物体だけで保存の式を立てると間違える(張力が仕事をする)。物体1つなら張力の仕事を入れる。

「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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