動く斜面上の運動(2)
基本的には,「動く斜面上の運動」と同じで初期条件の異なる問題。
物理のかぎしっぽ数式掲示板」より。

滑らかな床の上に、質量の三角台をおく。斜面と床がつくる角度の大きさををとし、その斜面上に質量の小物体を置いて静かに離す。このとき、小物体の鉛直方向の速度の大きさを、水平方向の床に対する速度の大きさを、三角台の床に対する速度の大きさをとすると、の間に成り立つ関係を表す式を書け。



答.   

せっかくなので,運動方程式を立てて運動を解析しよう。

床に静止した水平右向き・鉛直上向きの座標系をとる。
この座標系での三角台の座標を,小物体の座標をとおく。また,斜面は右に下る方向とする。題意により,

三角台から見た小物体の相対速度はであり,これが斜面下向きであるから

したがってまた,

ただし,

などは,加速度の大きさを示す。

小物体の運動方程式は,斜面から受ける抗力の大きさをとして,


また,三角台の運動方程式は,

(2)(4)より運動量保存

を得る。

以上(1)~(4)の4式から, を次のように得る。





※「かぎしっぽ」の結果から少し形を変えた。

『Phun』でシミュレートしてみた。

kg,kg,°,sec.として,
m/s,m/s,m/sを得るが,シミュレーションはほぼ一致する結果を示している。

『Phun』シーンのダウンロード


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