高校物理 要点・解法ノート
必須

単振動のエネルギー

着眼点振動中、運動エネルギーと位置エネルギーの和は一定で \frac12KA^2。任意の位置の速さが周期を使わずに出る。

\frac12mv^2+\frac12Kx^2=\frac12KA^2\ \Rightarrow\ v=\omega\sqrt{A^2-x^2}

x はつりあいの位置(振動の中心)からの変位。鉛直ばねでも、中心を基準にとればこの形で重力をまとめて扱える。

例題
1
ばね定数 50\ \mathrm{N/m}、質量 0.50\ \mathrm{kg}、振幅 0.10\ \mathrm{m} の水平ばね振り子で、中心から 0.060\ \mathrm{m} の位置での速さを求めよ。
解答
\frac12\times0.50v^2+\frac12\times50\times0.060^2=\frac12\times50\times0.10^2
v^2=100\times(0.010-0.0036)=0.64、v=0.80
0.80\ \mathrm{m/s}

「単振動」の項目

  1. 変位・速度・加速度の式必須
  2. 等速円運動との対応(時間を求める)必須
  3. 単振動になる条件と周期の公式必須
  4. 水平ばね振り子必須
  5. 鉛直ばね振り子必須
  6. 単振り子必須
  7. 単振動のエネルギー必須
  8. 加速する箱の中の振り子(見かけの重力)差がつく
  9. 2本のばねではさむ・浮きの振動(K を読み取る)差がつく
  10. 放し方で式の形を決める(sin か cos か)差がつく
  11. 途中で振動が切り替わる(釘にかかる振り子)差がつく
  12. 減衰振動と強制振動不要

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