半円筒の転がり振子(修正)
「物理のかぎしっぽ」掲示板で質問して,疑問が解決した。
なんと慣性モーメントの「平行軸の定理」の使い方をまちがっていました。^^;
修正の結果,理論値はぴったり0.53sec.で測定値に一致した!

(修正版)
中身の詰まった半円筒形を水平面上で転がり振動させたときの周期を求める。
手近にあったガラス製半円プリズムで実験したところ0.53sec. となり,理論値にぴったり一致した。

次の図のように設定する。

傾き角のときの重心の座標および重心の速度は,




となる。重心の軌跡はサイクロイドである。なお,半円の重心は円中心からの距離にある。
(パップス-ギュルダンの定理)

一方,重心まわりの慣性モーメントは平行軸の定理により,



である。ただし,円筒の慣性モーメントを用いた。

初期条件をとすると,エネルギー保存により


すなわち,


周期を求めると,



となり,の極限で,ガラスプリズムの値を代入すると,sec.となった。

ちなみに,摩擦なしの場合はだから,



となり,理論値はsec.となった。

ガラスプリズムでの測定値は,sec.であった。見たところ滑りはなく,きれいな転がり振動をしているように見える。理論値にぴったり一致した。

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