高校講座 物理基礎 39.力学的エネルギーの保存(ばね)

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高校講座「物理基礎」。今回のテーマも『力学的エネルギーの保存』。その中でもみんなが苦手とする『ばね』に関する問題です。前回は、力学的エネルギーの保存の中でも『振り子』に関する問題を取り扱いましたが、ばねに関する問題も考え方は同じです。
▶前回内容の復習『38.力学的エネルギーの保存(ふりこ)』

ばねと力学的エネルギーの保存

伸びたり縮んだりしているばねが持つ「弾性力による位置エネルギー」も保存力の一つです。ですので、弾性力がはたらいている問題も、摩擦などの外部からの仕事がない場合は、力学的エネルギーが保存されることになります。

ばねが持つ弾性力による位置エネルギーは次の式で求めることができました。

U=1/2 kx2 [k:ばね定数(N/m)x:ばねののび・ちぢみ(m)]

この弾性力による位置エネルギーが運動エネルギーや重力による位置エネルギーと移り変わるだけになります。

弾性力と力学的エネルギーの保存の問題の解き方

この場合も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。

【問題】力学的エネルギーの保存(ばね)

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(ばね)

【解答】力学的エネルギーの保存(ばね)

(1)1/2 kx2=1/2×50×0.424.0J

(2)はじめの力学的エネルギー=あとの力学的エネルギー
  4.0=1/2 mv2
  4.0=1/2×2×v2
   v=2.0m/s

(3)はじめの力学的エネルギー=あとの力学的エネルギー
  4.0=1/2×50×0.22+1/2×2×v2
  v=1.7m/s

各教科ごとの学習

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