2物体両方が変位する場合に垂直抗力、張力は仕事をしないか?③

高校物理参考書『高校物理発想法』を出版しました。

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つぎは車の中の振り子のばあい。

車から見たおもりの相対運動は円運動ですから、張力Tと各瞬間の相対変位の方向は垂直です。ということは静止系からするとおもりの変位の方向と張力は垂直ではありません。よって張力は仕事をします。
ところが垂直抗力のばあいと同様に張力がおもりにする仕事と張力が車にする仕事は相殺します。 両者の和をW、おもりの変位をベクトルx、車の変位をベクトルXとします。おもりにはたらく張力をベクトルTとすると、車にはたらく張力は-ベクトルTです。よって

(ベクトルx-ベクトルX)は車から見たおもりの相対変位ですから軌跡は円運動で、相対変位と張力は垂直

となります。 よって車と地面に摩擦がなければ、仕事をするのはおもりにはたらく重力だけ。車とおもりの質量、速さをそれぞれM,V,m,v、おもりが静止していた位置から鉛直下方にh運動したとすると

が成り立ちます。

力学的エネルギー保存則を使うとき、なぜそれが言えるのかをはっきりさせずに、なんとなく使っている人が少なからずいるのではないでしょうか。市販の問題集でも、なんの説明もなしに、とにかくエネルギー保存の式が成り立つのだとしているものがほとんどです。私は、使える条件を明らかにせずに使ってしまうというのは、法則を理解したことにはならないし、自信をもって解答ができなくなると思うのです。法則を覚えるのなら、それが成り立つ条件も一緒に覚えるのが当たり前です。

力学的エネルギー保存の法則・エネルギーの原理を使うときは、系にはたらくすべての力について、仕事をしたか・していないか確認すること。その際今回述べた

も頭にあると良いでしょう。

内力と仕事・エネルギーの項も参照してください。
今回の教訓

○力学的エネルギー保存の法則・エネルギーの原理を使うときは、系にはたらくすべての力について、仕事をしたか・していないか確認すること。

このテーマおわり

 

わたくし、大阪の家庭教師が高校物理の参考書を出版しました。

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タイトルは『高校物理発想法~あやふやな理解を明確に~』です。

『§3 v-t図の考え方』より

「物体の運動を考察する際、v-t図を使うと分かりやすい場合があります。v-t図の用い方は知っている人も多いかと思いますが、ひとつ喚起しておきたいことがあります。v-t図を作図せよ」、という設問があったら、それは、「これ以降の設問でv-t図を利用して解けば簡単に解けますよ」という誘導である場合が多い、ということです。物理の入試問題では、いかに出題者の誘導に乗るか、ということもポイントになってきますので、こういうこともしっかり押さえておきましょう。」

このように受験生が本当に必要としている実践的な知識を載せました。

『§4 「エネルギー保存の法則」「運動量保存の法則」の式をたてる際に注意すること』より

「運動量保存の法則は、「内力だけが働く系では、運動量の和が保存する」というものです。ここで運動量はベクトルですから分解することができます。すると、外力が働いていてもそれが一方向を向いていれば、それに垂直な方向は内力だけが働くことになりますから、その方向の運動量は保存します。したがって運動量保存を使うときは、まず働く力全てを内力と外力に区別し、外力が一方向を向いていないか調べることからはじめます。

教科書に載っている法則をただ覚えているだけではダメです。問題を解くとき具体的にどう使うのかまで理解していなくてはいけません。法則の正しい用い方を明確に説明しました。

他の参考書では書いていないような受験生が本当に必要としている事項満載です。

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