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剛体過去問解答例 2 1.1) 長さの棒の慣性モーメントは 公式より l I G = Ml /12 A 点のまわりは平行軸の定理より 2 2 I A = Ml /12 + M ( l / 2) = Ml 2 / 3 B y 2) 壁からの垂直抗力を R, 床からの垂直抗力と摩擦力を N,f とすると

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物理演習問題

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Taro-解答例NO3放物運動H16

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断面の諸量

構造力学Ⅰ第12回

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.( 斜面上の放物運動 ) 目的 : 放物運動の方向の分け方は, 鉛直と水平だけではない 図のように, 水平面から角 だけ傾いた固定した滑らかな斜面 と, 質量 の小球を用意する 原点 から斜面に垂直な向きに, 速さ V で小球を投げ上げた 重力の加速度を g として, 次の問い に答えよ () 小

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ここで, 力の向きに動いた距離 とあることに注意しよう 仮にみかんを支えながら, 手を水平に 1 m 移動させる場合, 手がした仕事は 0 である 手がみかんに加える力の向きは鉛直上向き ( つまり真上 ) で, みかんが移動した向きはこれに垂直 みかんは力の向きに動いていないからである 解説 1

p tn tn したがって, 点 の 座標は p p tn tn tn また, 直線 l と直線 p の交点 の 座標は p p tn p tn よって, 点 の座標 (, ) は p p, tn tn と表され p 4p p 4p 4p tn tn tn より, 点 は放物線 4 p 上を動くこと

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θ T [N] φ T os φ mg T sin φ mg tn φ T sin φ mg tn φ θ 0 sin θ tn θ θ sin φ tn φ φ θ φ mg θ f J mg f π J mg π J J 4π f mg 4π f () () /8

図 7-: コリオリ力の原理 以下では 回転台の上で物体が運動したとき 物体にはたらくみかけの力を定量的に求めてみる 回転台は角速度 で回転していて 回転台に乗っている観測者から見た物体の速度ベクトルの動径方向の成分を u 接線方向の成分を v とする 図 7-3: 回転台の上での物体の運動 はじめ

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" 01 JJM 予選 4 番 # 四角形 の辺 上に点 があり, 直線 と は平行である.=,=, =5,=,= のとき, を求めよ. ただし,XY で線分 XY の長さを表すものとする. 辺 と辺 の延長線の交点を, 辺 と辺 の延長線の交点を G とする. 5 四角形 は直線 に関して線対称な

座標軸以外の直線のまわりの回転体の体積 ( バウムクーヘン分割公式 ) の問題の解答 立体の体積の求め方 図 1 の立体の体積 V を求める方法を考えてみる 図 1 図 1 のように 軸の から までの長さを 等分する そして とおく とすると となる 図 1 のように のときの 軸に垂直な平面 に

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( 慣性抵抗 ) 速度の 2 乗に比例流体中を進む物体は前面にある流体を押しのけて進む. 物 aaa 体の後面には流体が付き従う ( 渦を巻いて ). 前面にある速度 0 の流体が後面に移動して速度 vとなったと考えてよい. この流体の質量は単位時間内に物体が押しのける体積に比例するので,v に比例

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物体の自由落下の跳ね返りの高さ 要約 物体の自由落下に対する物体の跳ね返りの高さを測定した 自由落下させる始点を高くするにつれ 跳ね返りの高さはただ単に始点の高さに比例するわけではなく 跳ね返る直前の速度に比例することがわかった

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数学 Ⅲ 微分法の応用 大学入試問題 ( 教科書程度 ) 1 問 1 (1) 次の各問に答えよ (ⅰ) 極限 を求めよ 年会津大学 ( 前期 ) (ⅱ) 極限値 を求めよ 年愛媛大学 ( 前期 ) (ⅲ) 無限等比級数 が収束するような実数 の範囲と そのときの和を求めよ 年広島市立大学 ( 前期

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STEP 数学 Ⅰ を解いてみた から直線 に下ろした垂線の足を H とすると, H in( 80 ) in より, S H in H 同様にして, S in, S in も成り立つ よって, S in 三角形の面積 ヘロンの公式 in in 辺の長

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. 角の二等分線と調和平均 平面上に点 を端点とする線分 と を重ならないようにとる, とし とする の二等分線が線分 と交わる点を とし 点 から に垂直に引いた直線が線分 と交わる点 とする 線分 の長さを求めてみよう 点 から に垂直な直線と および との交点をそれぞれ, Dとする つの直角三

大阪大学物理 8 を解いてみた Ⅱ. 問 ( g cosq a sin q ) m - 台 B 上の観測者から見ると, 小物体は, 斜面からの垂直抗力 N, 小物体の重力 mg, 水平左向きの慣性力 ma を受け, 台 B の斜面と平行な向きに運動する したがって, 小物体は台 B の斜面に垂直な方

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技術者のための構造力学 2014/06/11 1. はじめに 資料 2 節点座標系による傾斜支持節点節点の処理 三好崇夫加藤久人 従来, マトリックス変位法に基づく骨組解析を紹介する教科書においては, 全体座標系に対して傾斜 した斜面上の支持条件を考慮する処理方法として, 一旦, 傾斜支持を無視した

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補足 中学で学習したフレミング左手の法則 ( 電 磁 力 ) と関連付けると覚えやすい 電磁力は電流と磁界の外積で表される 力 F 磁 電磁力 F li 右ねじの回転の向き電 li ( l は導線の長さ ) 補足 有向線分とベクトル有向線分 : 矢印の位

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外から中心に投げたボールの動画 1 中心に向かってまっすぐ投げる 回転盤でボールをキャッチ 円盤の回転速度とボールの速度を合わせれば, 投げたボールを取れる ( 投げた人にはボールが回ってくるように見える ) 投げてからの時間は, 回転の半周期 円盤の外から見る図斜めに飛んでいく 投げた人が見る図コ

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埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -1/8 テーマ 07: 剛体の重心と自由運動 一般的に剛体が自由に運動できる状態 ( 非拘束の状態 ) で運動するとき, 剛体は回転運動を伴った運動をします. たとえば, 棒の端を持って空中に放り投げると, 棒はくるくる回転しながら上昇してやがて地面に落ちてきます. 剛体が拘束されない状態で運動する様子を考察してみましょう. (1) 剛体の重心 剛体を構成する微小部分の質量を [kg] とすると, 微小部分には g kn の重力が発 生します. 剛体の全質量を kg] とすると, 剛体全体では i g g0 d g kn i の重力が発生することになります. この全体の重力が作用する位置は, モーメントのつり 合いから求めることができます. 任意の点を基準に微小部分の重力によるモーメント i gx i kn の合計が剛体全体のモーメント gx とつり合うものとすると,[ i x gx g g x d i i i 0 0 g x d i k と求まります. この位置を重心といい, 重心は剛体の全重力 g が 1 点に作用したと仮定 した場合の位置に相当します. 剛体をつるすと重心の位置を求めることができます. 図 のように剛体の一部分 ( 支点 ) を持って剛体をつるすと, 剛体には g のモーメントが作用します. このモーメントによって剛体は回転することになり, 重心が支点の真下に来る位置で剛体は静止します. 任意の位置からつるしたとき, 支点から鉛直下方に引いた線はすべて一点を通ることになります. か所からつるしてそれぞれの線の交点を求めれば, この点が重心になります. g b g g 図 1

埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -/8 () 重心の運動 剛体の重心を通る方向に力を加えると剛体は, 力の方向に運動をします. 下の図で, 重 心 に力 が作用すると, 剛体は姿勢を変えることなく力の方向に運動をします. 図 (3) 偶力による回転運動 1 偶力が重心に点対称に作用する場合この場合, 剛体の重心には力が作用しないため剛体は運動することなく, 回転運動のみをします. 回転の中心位置は重心になりますが, このことを理論的に求めてみましょう. 摩擦が無視できるなめらかな水平面に質量 kg], 長さ k の棒が置かれているものとします. x 偶力によりモーメント M >0 が発生 重心は移動せず, 剛体は重心回りに角加速度回転運動する 図 3 棒の中央にある重心 から k の 点と 点に偶力 を与えたとき, 重心 から x k の 点に作用するモーメントは M x x 一定 となります. 回転運動の運動方程式 ( オイラーの運動方程式 ) は, 点回りの慣性モーメ

埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -3/8 ントを kg], 点回りの角加速度を [rd/s] とすると M なので, 角加速度 は M を x で微分すると ここで, より, d dx 4 d 0 dx 4 0 x 0 とおくと, 角加速度が最大となる位置は, となります. すなわり, 点は重心 に一致することがわかります. このとき 重心において最大の角加速度 が発生します. このように偶力を与えると, 重心回りの加速度が最大となることから, ほ かの位置よりも重心を中心として早く回転しようとするため, 棒は重心を中心に回転する ことになります. 慣性モーメント は回転のしやすさを表す物理量であり, 値が小さいほ ど回転が加速しやすくなります. 重心回りの慣性モーメントが最も小さいことから, 拘束 されない剛体の回転は重心が回転の中心となるのです. 次に, 重心回りの角速度を求めます. 偶力 によるモーメント M が一定となるように, 棒に偶力 [kn を t[ks 作用させ, 角速度が 0 から [rd/s] に増加したとすると, 角運動量は Mt となります. よって, 角速度 は Mt t となります. さらに回転のエネルギー Erot は E rot 1 1 Mt 1 M t t t となります. このように棒は重心を中心に回転を始め,t ks 後に角速度は まで到達 します. 偶力が消滅しても棒はそのままの角速度で回転を続けることになります.[ 偶力の位置が重心から非対称な場合次に, 偶力の作用する位置が棒の中央にある重心 から k の 点と b k の 点にある場合を考えます. この場合も1の例と同じように剛体の重心には力が作用しないため剛体は運動することなく, 回転運動のみをします. 回転の中心位置は重心になります. この

埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -4/8 ことを理論的に求めてみましょう. x b 偶力によりモーメント M >0 が発生 重心は移動せず, 剛体は重心回りに角加速度回転運動する 図 4 重心 から x k の 点に作用するモーメントは M x b x b 一定 となります.( 参考 : 中心軸上のどの位置でもモーメントは一定.) 回転運動の運動方程式 ( オイラーの運動方程式 ) は, 点回りの慣性モーメントを kg], 点回りの角加速度を [rd/s] とすると M なので, 角加速度 は M を x で微分すると d dx d ここで, 0 とおくと, 角加速度が最大となる位置は, dx 0 より, x 0 となります. すなわち, 点は重心 に一致することがわかります. このとき, 重心において最大の角加速度 が発生します.

埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -5/8 重要 : 重心 が 間にない場合でも, 同じ結果になります. このように, 偶力が作用する位置が重心と点対称になっていなくても, 重心を中心とし て剛体は回転することになります. 次に, 重心回りの角速度を求めます. 偶力 によるモーメント M が一定となるように, 棒に偶力 [kn を t[ks 作用させ, 角速度が 0 から [rd/s] に増加したとすると, 角運動量は Mt となります. よって, 角速度 は Mt t となります. さらに回転のエネルギー Erot は E rot 1 1 Mt 1 M t t となります. このように棒は重心を中心に回転を始め,t ks 後に角速度は t します. 偶力が消滅しても棒はそのままの角速度で回転を続けることになります.[ まで到達 (4) 一点のみに力が作用した場合の回転運動 図に示すように, 質量 [kg] の棒の一点 に力 が作用する場合を考えます. 重心 の 位置に相殺する力 と - が作用すると考えると. 重心 [ には力 が作用し,[ 間に は M のモーメントが発生していると考えることができます. 間のモーメントは, 重心 [ にも作用するので剛体は重心 [ に作用する力の方向に運動するとともに, モーメ ント M により剛体は重心 回りに回転することになります. (3) の結果から重心における最大の角加速度は になります. 偶力 によるモーメント M が一定となるように, 棒に力 kn が t ks 作用す ると, 棒は重心を中心に回転を始め,t ks 後に角速度は 動の速度は力積の式から, v 0 t よって,t ks [ 後の重心の速度は t v になります.[ t まで到達します. 重心の運

埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -6/8 - 力の作用する方向は常に同じ 重心が移動しながら, 重心回りに角加速度回転運動する 図 5 重心の移動方向は, 偶力の作用する方向に依存します. 図 5 に示すようにモーメントを一定に保つため力の作用点の位置が変化する場合は, 重心は直線運動します. 一方, 常に 点に直角に力作用する場合には, 重心を移動させる力の方向が変化するため, 重心の運動方向も変化します. (5) 平行で大きさの異なる逆向きの力による回転運動

埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -7/8 1 力の作用点が対称の場合 図に示すように, 棒の中央にある重心 から k の 点に力 と b k の 点に を与える場合を考えます. ただし, とします. (4) の場合と同様に力を分解して考えると, 重心 [ には力 が作用するとともに,[ M M b が発生していると考えることができます. こ モーメント のことから剛体は重心 [ に作用する力の方向に運動するとともに, モーメント M により 剛体は重心 回りに回転することになります. (4) の結果から重心における最大の角加速度は になります.[ b M+M - 重心が移動しながら, 重心回りに角加速度回転運動する 図 6 偶力によるモーメント M が一定となるように, 力 と が t ks 作用すると, 棒は重心を 中心に回転を始め,t ks 後に角速度は t まで到達します. 重心の運動の速度は

埼玉工業大学機械工学学習支援セミナー ( 小西克享 ) 剛体の重心と自由運動 -8/8 力積の式から, v 0 よって,t ks 後の重心の速度は v となります. t t (6) 一点にモーメントのみが作用する場合の回転運動 剛体の一点 にモーメントのみが作用する場合, それ以外の場所にはモーメントも力も 働かないため, 剛体はモーメント作用した点回りに等加速度回転運動します. モーメント M kn [ が 点に t[ks 間作用したとき, 点回りの角速度 は Mt Mt となります. モーメントが作用しなくなった後, 回転の中心が重心に移動し, 回転を続け ます. このとき角運動量が保存されるため, 角速度は に加速し, 等速回転運動することになります. x M >0 点にモーメント M が作用している間, 点回りに等加速度回転運動する モーメントが作用しなくなると, 加速して重心回りに等速回転運動する 図 7 http://www.sit.c.jp/user/gonishi/jpn/_support/supportpd/reemotionofri]idody.pdf opyri]ht[c[015[ 小西克享,[[Ri]hts[Reserved. 個人的な学習の目的以外での使用, 転載, 配布等はできません. お願い : 本資料は, 埼玉工業大学在学生の学習を支援することを目的として公開しています. 本資料の内容に関する本学在学生以外からのご質問 ご要望にはお応えできません.