【物理のエッセンス(力学)例題p24】

ばね定数が$k_1$と$k_2$の2つのばねをつなぎ、質量$m$のおもり$P$をつるして静止させた。

(1)$k_1$のばねの伸び$x_1$はいくらか。

(2)$k_2$のばねの伸び$x_2$はいくらか。

(3)2つのばねを1本のばねと考えると、そのばね定数$k_T$はいくらか。

⓪問題文をちゃんと読む。

      :与えられた条件、   : 求めるもの。

【物理のエッセンス(力学)例題p24】

ばね定数が$k_1$と$k_2$の2つのばねをつなぎ、質量$m$のおもり$P$をつるして静止させた。

(1)$k_1$のばねの伸び$x_1$はいくらか。

(2)$k_2$のばねの伸び$x_2$はいくらか。

(3)2つのばねを1本のばねと考えると、そのばね定数$k_T$はいくらか。

①注目する物体を1つに決める。

とりあえず「おもり$P$」に決める。

②その物体に働く力を図示する。

質量$m$をもつ→重力$mg$がかかる。

バネは糸の張力と同じ!
(計算で$F=kx$と$U=\frac{1}{2}kx^2$が使えるだけ)

よって、

バネが接する→力 $F$で引っ張られる。

③$x$軸と$y$軸を設定する。(または$x$軸だけ)

④力を分解する。

今回はなし。

⑤$x$軸方向と$y$軸方向それぞれで、運動方程式「$ma=F$」に代入する。

⑥別の、注目する物体を1つに決める。

「物体($M=0$)」に決める。

⑦力を図示して、軸を設定して、力を分解する。

(質量$M(=0)$をもつ→重力$0$がかかる。)

問題の図から→鉛直上向きに力$F$を受ける。

バネは糸の張力と同じ!
(計算で$F=kx$と$U=\frac{1}{2}kx^2$が使えるだけ)

よって、

バネが接する→力 $F$で引っ張られる。

上下は別のバネなので、$F,F’$と分けて記述する。
(バネも糸の張力と同じで、接している物体に「同じ大きさの力」を与える→下のバネは「おもり$P$」と同じ$F$で引っ張る)

→そして、公式に代入する。

⑧作用・反作用の法則の等式を立てる。($N=N’$とか、$f=f’$とか。)

今回はなし。

⑨式を計算する。

ここまでが物理。

 

ここからは数学のハナシ。

 

以上です!

 

お疲れ様でした。