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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

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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

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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1/30 平成 29 年 3 月 24 日 ( 金 ) 午前 11 時 25 分第三章フェルミ量子場 : スピノール場 ( 次元あり ) 第三章フェルミ量子場 : スピノール場 フェルミ型 ボーズ量子場のエネルギーは 第二章ボーズ量子場 : スカラー場 の (2.18) より ˆ dp 1 1 =

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2. 原理 コンデンサーに電気を蓄える作業を充電という. コンデンサーから電気を流出させる作業を放電という. コンデンサーの2つの電極に, 導線で電池の両極を接続して充電する. 最終的には, 電池の正 ( 負 ) 極と接続されたコンデンサーの電極は, 電池の正 ( 負 ) 極と同じ電位になる ( 導

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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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1/10 平成 29 年 3 月 24 日午後 1 時 37 分第 5 章ローレンツ変換と回転 第 5 章ローレンツ変換と回転 Ⅰ. 回転 第 3 章光速度不変の原理とローレンツ変換 では 時間の遅れをローレンツ変換 ct 移動 v相対 v相対 ct - x x - ct = c, x c 2 移動

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折戸の物理 スペシャル補習 http://oritobuturi.co/ NO.5(009..16) 今日の目的 : 1 物理と微分 積分について 微分方程式について学ぶ 3 近似を学ぶ 10. 以下の文を読み,[ ア ]~[ ク ] の空欄に適当な式をいれよ 物体物体に一定の大きさの力を加えたときの, 物体の運動について考え よう 右図のように, なめらかな水平面上で質量 の物体に水平に一定の大きさ の力を加えると, 物体は動きはじめる 物体が動き始めた時刻を t = 0 とする その後も力を加え続け, 時刻 t で物体の速度が v になった そのときの物体の運動量は [ ア ] である このときから, 微少な時間 の間に物体が受けた力積は [ イ ] であるので, 時間 の間の速度の変化 は = [ ウ ] 1 となる 時刻 t = 0 で v = 0 であることを考慮すると,1 式より時刻 t での速度 v は v = [ エ ] となる また, 物体の加速度 a は, と を用いて a = [ オ ] と表せるので,1 式より a = [ カ ] である 時刻 t から の間の変位 Δ は, この間の速度が変わらないとして, 式より,,t を用いて Δ = [ キ ] 3 となる 時刻 t = 0 での物体の位置を = 0 とすると,3 式より時刻 t での位置 は = [ ク ] となる

11. 右図のように鉛直上向きで磁束密度 T の一様な磁場中に, 傾角 の平行レールがある 平行レールの上端には抵抗値 R Ω の抵抗が接続されている 平行レールの間隔は で, レールに垂直に導体棒 PQ が水平に置かれている 導体棒 PQ の質量は kg で, レールと垂直で水平を保ったまま, なめらかにレール上を滑ることが出来 P R Q る 重力加速度の大きさを g /s として以下の問に答えよ (1) 導体棒 PQ をレール上に置き静かにはなした このとき, 導体棒にながれる電流の大きさ, および導体棒の加速度の大きさを求めよ 導体棒はレール上を滑りだした 導体棒をはなしたときを時刻 t = 0 とする 導体棒の速度がレールに平行下向きを正として v になった () 導体棒に発生する起電力の大きさ, およびながれる電流の大きさを求めよ (3) 導体棒に磁場から働く力の大きさを求めよ (4) このときの導体棒の加速度 a を求めよ (5) 微少時間 の間の速度変化を とすると, 加速度 a は a = となる これらのこと より, を, を用いてあらわせ (6)(5) で求めた式を解き, 時刻 t = 0 で v = 0 であることも考慮に入れて, 時刻 t のときの速度 v を求めよ (7) 十分に時間が経過した後, 導体棒の速度はどうなるか説明せよ 1. 右図のように真空中に極板面積 S, 極板間隔 の平行平板コンデンサーが, 起電力 V の電池に接続されている 真空の誘電率を ε0 として以下の問に答えよ (1) コンデンサーに蓄えられている電気量 Q と, 静電エネルギー U を求めよ V 電池を接続したまま, 極板間に力を加えてゆっくりと極板の間隔を Δ だけ広げた () コンデンサーに蓄えられている電荷の変化量を ΔQ, 静電エネルギーの変化量 ΔU とすると ΔQ = [ 1 ]Δ, ΔU = [ ]Δ とあらわせる 1,に適当な式を答よ ただし,Δ は微少で Δ とする (3) この間に, 電池がした仕事 W を求めよ ただし,ΔQ を用いずに答よ (4) 極板を広げるために加えた仕事を W とする ゆっくりと極板を広げるので, 回路でジュール熱は発生しないと考えてよい ΔU,W,W の間に成り立つ関係を求めよ (5) 極板を広げるために加えた力が一定であるとして, 力の大きさを求めよ

折戸の物理 スペシャル補習 http://oritobuturi.co/ NO.5 解答 1 10.( 解説 ) 変数,y の微少な変化量 Δ,Δy が,A を定数として Δ y = AΔ 1 とあらわせるとする 変化量が比例しているということは, と y が比例しているということなので, 定数 C として y = A + C である さらに, 特定の状態での,y の関係 ( 初期条件 ) から,C を求めればよい これは, 単に1 式の両辺をそれぞれの変数で積分したものである これ以外でも, 変数が左右の辺に分離できるのであれば, それを積分すればよい この問題の [ キ ] と [ ク ] の関係がそうである 変位, 速度 v, 加速度 a の間には v v =, a = = t t t の関係がある なお, この問題は単に初速度 0 で一定の力を加えられた等加速度運動なので, 答は簡単にわかるはずである ( 解答 ) ア. 運動量 v イ. 力積 ウ. この間の運動量の変化は であるので = Δ v = 1 エ.1 式は, 速度 v の変化が, 時間 t に比例することを示している ゆえにある定数を C として v = t + C ここで, 時刻 t = 0 で,v = 0 であるので, これより定数 C = 0 である ゆえに v = t ( ようするに,1 式を不定積分して, 初期条件から積分定数を求めている ) オ. a = カ.1 式より Δ a = v = ( 運動方程式 a = から当然である ) キ. 微少時間 の間, 速度は一定であると見なすので, 変位 Δ は 式も用いて Δ = v = t 3 ク.3 式を不定積分する C を定数として = tt = t + C ここで, 時刻 t = 0 で, = 0 であるので, これより定数 C = 0 である ゆえに = t

11.( 解説 ) 変数変数,y の微少な変化量 Δ,Δy の関係がわかっていて, 変数が左右に辺に分離できれば, 両辺を積分して簡単に,y の関係を求めることが出来る また, 特定の時の関係 ( 初期条件 ) がわかっていれば, 積分定数を求めることも出来る 大学入試で, 露骨に積分までせねばならない問題は無いが, 誘導の形で出題されることはあるので, あらかじめ知っておけば便利である (1) 導体棒の速度は 0 であるので, 電磁誘導は起こらず, 起電力は 0 である ゆえに電流も流れない 電流 0 導体棒には重力だけが働く ( レールからの垂直抗力も働くが, 運動に影響しない ) レールに沿った方向に下向きを正として加速度を a0 /s とする 運動方程式より a = sin a = sin 0 g 0 g () 導体棒が磁場を横切って運動しているので, 電磁誘導により起電力が発生する 起電力の向きは Q P の向きで, 大きさ V V は V = V 電流も Q P の向きで, 大きさ I A は I = = R R (3) 磁場, 電流にともに直角方向に力が働く 向きはフレミング の左手の法則より, 右図の向きとなる 大きさ F N は v 磁場からの力 F = I = 重力 I R g (4) 斜面に沿って下向きの加速度を a /s として, 運動方程式より a = g sin F = g sin R a = g sin 1 R (5)1 式より a = = g sin R æ = ç g sin R è (6) 式を変形して = æ gr tan R çv è 両辺を積分する C を定数として v = æ gr çv è R gr logv = R R t t t + C gr tan C v = C' e ただし C ' = e ここで, 時刻 t = 0 で,v = 0 であることより,C を求める これより v は æ gr ç t v = ç1 e R 3 è

折戸の物理 スペシャル補習 http://oritobuturi.co/ NO.5 解答 (7)t として3 式より gr v = ( 確認 ) 導体棒に働く力がつりあうと, 速度は一定になるので gr g sin = 0 v = R 1.( 解説 ) が 1 より十分小さいとき, 次の微少量を無視すると a ( 1+ ) 1+ a と近似できる a は負でもよい ある変数 y が の関数であるとする つまり, y ( ) = であるとする この問題のよ うに, を微小に変化させたときの y の変化量を求めようとするときに, 近似を使うことが多いが, その目的から考えると, 微分をすればよい つまり,Δ の変化に対応する Δy を求めたいので Δ y = ' Δ とすればよい ( ) (5) の極板間の力はもちろん (1) コンデンサーの容量を C とすると ε0s C = ゆえに Q = になる εs 1 Q = CV =, U = CV = () 極板を広げた後のコンデンサーの容量を C とすると ε0s C' = + Δ 極板を広げた後の電荷を Q, 静電エネルギーを U として, 近似も用いて ε SV ε SV æ Δ Q' = C' V = = ç + Δ æ Δ 1 è ç1 + è 1 æ Δ U' = C' V = = ç1 ( + Δ ) æ Δ è ç1 + è ゆえに, 電荷の変化量 ΔQ は æ Δ ε Δ Q = Q ' Q ç1 = Δ 1 0SV è æ Δ ε ΔU = U ' U Q ç1 = Δ 0SV è ( 別解 ) 解説にあるように, 微分で求めればよい Q = より ΔQ = Δ 同様に U = より U = Δ Δ

(3) 電池を通過した電荷は ΔQ であるので W = ΔQ V = Δ ( 電池の正極から負極の方向に電荷が通過しているので, 電池のする仕事は負である ) (4) 電池のした仕事と, 極板を広げるために加えた仕事により, コンデンサーの静電エネルギーが変化するので Δ U = W + W ' (5)(4) の式に ΔU,W を代入して W を求める ε SV æ ε SV 0 0 W ' = ΔU W = Δ Δ Δ ç = è ここで, 極板を広げるために加えた力の大きさを とすると W ' = Δ であるので W ' = Δ = Δ = ε ( 0 SV Q Q = であるので, = となる ) ε S 0