高校物理 要点・解法ノート
必須

糸でつながれた2物体

着眼点糸がたるまなければ2物体の加速度の大きさは同じ。物体ごとに運動方程式を立てて連立し、張力 T を消す。

軽い糸の張力は糸のどこでも同じ大きさ(なめらかな軽い滑車をはさんでも同じ)。

速く a だけ出すには、2物体をひとまとめにして「(全質量) \times a = 動かす向きの外力の和」。T は内力なので消える。

例題
1
なめらかな水平な机の上の質量 3.0\ \mathrm{kg} の物体Aに糸をつけ、机の端の滑車を通して質量 1.0\ \mathrm{kg} のおもりBをつるした。加速度と張力を求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2} とする。
解答
A: 3.0a=T、B: 1.0a=1.0\times9.8-T。足して 4.0a=9.8、a=2.45。
T=3.0\times2.45=7.35
a=2.5\ \mathrm{m/s^2}、T=7.4\ \mathrm{N}(検算: B で 9.8-7.35=2.45=1.0\times2.45)
2
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(アトウッドの器械)。加速度と張力を求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2} とする。
解答
3.0\ \mathrm{kg} 側は下向き、2.0\ \mathrm{kg} 側は上向きに a。
3.0a=3.0\times9.8-T、2.0a=T-2.0\times9.8。足して 5.0a=9.8、a=1.96。
T=2.0\times(9.8+1.96)=23.52
a=2.0\ \mathrm{m/s^2}、T=24\ \mathrm{N}(検算: 3.0\times9.8-23.52=5.88=3.0\times1.96)
注意つるしたおもりの張力を mg としてしまうミスが多い。加速しているので T<mg(例1では 7.4<9.8)。

「運動方程式」の項目

  1. 運動の法則と運動方程式の手順必須
  2. なめらかな斜面上の運動必須
  3. 動摩擦力がはたらく運動必須
  4. 糸でつながれた2物体必須
  5. 接触して押し合う2物体必須
  6. 水圧と浮力必須
  7. 重ねた2物体(一緒に動くか、滑るか)差がつく
  8. エレベーター内の体重計(地上から見る)差がつく
  9. 動滑車(加速度の関係を先に決める)差がつく
  10. 斜面台も動く場合の運動方程式不要

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