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)
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。