高校講座 物理基礎 38.力学的エネルギーの保存(ふりこ)

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高校講座「物理基礎」。今回のテーマは『力学的エネルギーの保存』の中でも『振り子』に関する問題です。前回は、運動エネルギーと位置エネルギーの和である力学的エネルギーは、保存力しかはたらかない場合は一定に保たれることを説明しました。今日はもっと具体的な問題に挑戦してみましょう。
▶前回内容の確認『37.力学的エネルギーの保存』

振り子の運動と力学的エネルギー

振り子の運動を考えてください。ゆらゆらと振れている振り子にはどんな力がはたらいていますか?振り子にはたらいている力は空気の抵抗を無視すると、次の2つの力がはたらいているはずです。

 

 

  1. 重力mg
  2. 張力T

振り子には重力Wとひもからの張力Tがはたらいていますが、張力は振り子の運動の向きに対して、常に垂直になりますので、仕事をしたことにはなりません。なので、保存力である重力のみが仕事を行うことになります。保存力しか仕事をしないので、力学的エネルギーは保存されることになるのです。

振り子の力学的エネルギーの保存に関する問題の解き方

力学的エネルギーが保存されますので、

はじめの力学的エネルギーあとの力学的エネルギー

の式を立てて解くことになります。上記のような振り子の運動の場合は、弾性力ははたらきませんので、運動エネルギーと重力による位置エネルギーを考えれば大丈夫でしょう。

【問題】力学的エネルギーの保存(振り子)

問題のダウンロードはこちら

【解説動画】力学的エネルギーの保存(振り子)

【解答】力学的エネルギーの保存(振り子)

(1)mgh=2×9.8×2.5=49J

(2)mgh=1/2 mv2
   49=1/2×2×v2
    v=7.0m/s

各教科ごとの学習

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