動く斜面上の運動(2)
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。
この座標系での三角台の座標を
三角台から見た小物体の相対速度は
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。
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。
『Phun』シーンのダウンロード
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