演習問題

図1のように， 質量 ${\displaystyle m\left[\text{kg}\right]}$ の物体が軽い糸につながれ，天井からつるされている．点 ${\displaystyle \text{A}}$ における糸の張力の大きさと，点 ${\displaystyle \text{B}}$ における張力の大きさを求めよ．

図のように，質量 ${\displaystyle m}$ の物体 ${\displaystyle \text{A}}$ と質量 ${\displaystyle M}$ の物体 ${\displaystyle \text{B}}$ を伸縮しない軽い糸でつないで軽い滑車にかけ， ${\displaystyle \text{B}}$ を静かに放す．重力加速度の大きさを ${\displaystyle g}$ とし，この運動で摩擦や空気抵抗は無視できるものとする．

図のように，質量 ${\displaystyle m}$ の人が，静止した質量 ${\displaystyle M}$ のエレベータの中に立っていた．時刻 ${\displaystyle t_0}$ からこのエレベータはロープから鉛直上向きで大きさ ${\displaystyle T}$ の張力を受けて，時刻 ${\displaystyle t_1}$ まで鉛直上向きに等加速度直線運動をした．時刻 ${\displaystyle t_1}$ からエレベータは時刻 ${\displaystyle t_1}$ での速度のまま 等速直線運動をはじめた．ここで，重力加速度の大きさを ${\displaystyle g}$ とし，空気抵抗は無視できるものとする．

図が示すように，水平面に固定された台の粗い斜面の点 ${\displaystyle \text{O}}$ に質量 ${\displaystyle 5.00\text{kg}}$ の物体を静かに置いたところ，物体は滑り出し下端の点 ${\displaystyle \text{P}}$ に達した．点 ${\displaystyle \text{O}}$ から下した鉛直線と水平面との交点を ${\displaystyle \text{Q}}$ とすると， ${\displaystyle \text{OQ}}$ 間の距離は ${\displaystyle 3.00\text{m}}$ ， ${\displaystyle \text{PQ}}$ 間の距離は ${\displaystyle 4.00\text{m}}$ であった．物体には重力 ${\displaystyle \mathit{w}}$ と斜面からの垂直抗力 ${\displaystyle \mathit{n}}$ が作用するほか，物体が斜面を滑っている間，物体と斜面の間には動摩擦力 ${\displaystyle \mathit{f}}$ が作用し，その大きさは ${\displaystyle \mathrm{ }\left|\mathit{f}\right|=21.4\text{N}}$ である．また，重力加速度の大きさを ${\displaystyle g=9.80{\text{m/s}}^{\text{2}}}$ とする．

図のように，水平であらい床面上にある質量 ${\displaystyle m[\text{kg}]}$ の荷物を水平から ${\displaystyle \theta }$ の方向に綱で引いた．綱の張力の大きさ ${\displaystyle F\text{[N]}}$ が ${\displaystyle F_0\text{[N]}}$ を超すと同時に荷物は滑り出した．荷物と床面との間の静止摩擦係数を ${\displaystyle \mu }$ ，動摩擦係数を ${\displaystyle {\mu }^{\prime }}$ ，重力加速度の大きさを ${\displaystyle g[{\text{m/s}}^2]}$ とする．

質量 ${\displaystyle m\left[\text{kg}\right]}$ のある小球を，地上から高さ ${\displaystyle h\left[\text{m}\right]}$ の位置で速さ ${\displaystyle v_0\left[\text{m/s}\right]}$ で鉛直上向きに投げ上げた． ただし，重力加速度の大きさを ${\displaystyle g\left[{\text{m/s}}^{\text{2}}\right]}$ として，空気抵抗は無視できるものとする．また，地上を位置エネルギーの基準とする．

下図に示すように，水平な床に固定された台の滑らかな上面の点${\displaystyle \text{A}}$において，小球を静かに放す．小球は点${\displaystyle \text{B}}$を通過後，点${\displaystyle \text{C}}$に達して飛び出した．点${\displaystyle \text{A}}$,${\displaystyle \text{B}}$,${\displaystyle \text{C}}$での床からの高さは，それぞれ ${\displaystyle L}$ ，${\displaystyle 2L/5}$ ，${\displaystyle 2L/3}$ である．重力加速度の大きさを ${\displaystyle g}$ とし，空気の影響は無視できるものとする．以下の問に答えよ．

図のように，質量 ${\displaystyle m\left[\text{kg}\right]}$ の小球を,地上の原点Oから高さ ${\displaystyle h\left[\text{m}\right]}$ の位置から,鉛直上向きに速さ ${\displaystyle v_0\left[\text{m/s}\right]}$ で投げ上げた.ここで,鉛直上向きを ${\displaystyle y}$ 軸の正の向きとする.ただし，重力加速度の大きさを ${\displaystyle g[{\text{m/s}}^2]}$ として，空気抵抗は無視する．

図のように，質量 ${\displaystyle m\left[\text{kg}\right]}$ の小球を，地上から高さ ${\displaystyle h\left[\text{m}\right]}$ のところから，水平面から角度${\displaystyle \theta }$ の方向に，速さ ${\displaystyle v_0\left[\text{m/s}\right]}$ で斜方投射した．ただし，重力加速度の大きさを ${\displaystyle g[{\text{m/s}}^2]}$ として，空気抵抗は無視する．

地上から ${\displaystyle 3.0\text{m}}$ の高さの位置から，質量 ${\displaystyle m〔\text{kg}〕}$ の羽と質量 ${\displaystyle 100m〔\text{kg}〕}$ の鉄球を同時に落下させた．空気抵抗を無視するとき，次の問いに答えよ．

風のない空気中を質量 ${\displaystyle m\left[\text{kg}\right]}$ の雨滴が落下している．鉛直下向きを ${\displaystyle x}$ 軸正の向きとすると，雨滴は，速さ ${\displaystyle v\left[\text{m/s}\right]}$ に比例する大きさ ${\displaystyle mkv\left[\text{N}\right]}$ の抵抗力を，${\displaystyle x}$ 軸負の向きに受けながら落下している．雨滴の初速度を ${\displaystyle 0\text{m/s}}$ ，重力加速度の大きさを ${\displaystyle g[{\text{m/s}}^2]}$ として，以下の設問に答えよ．

鉛直な細い管に通した伸び縮みせず質量を無視できるひもの先端に質量 ${\displaystyle 0.1\text{kg}}$ の小球をつけ，水平面内で図のように等速円運動をさせた．ここで小球に働く重力，ひもと管の間の摩擦及び空気抵抗は無視できるものとする．

${\displaystyle M\left[\text{kg}\right]}$ ，半径${\displaystyle R\left[\text{m}\right]}$ の一様な円板のまわりに軽い糸を巻きつけ，糸の他端を天井に固定し，円板を鉛直下向きに落下させた．
この糸が円板を引く張力の大きさを${\displaystyle S\left[\text{N}\right]}$ , 重力加速度の大きさを${\displaystyle g\left[{\text{m/s}}^{\text{2}}\right]}$ とする．円板の角加速度は一定で${\displaystyle 1.5{\text{rad/s}}^{\text{2}}}$ ，時刻${\displaystyle 0\text{s}}$ で円板は回転していなかった（初期角速度 ${\displaystyle 0\text{rad/s}}$ ）．また，空気抵抗は無視できるものとする．