等速円運動 1
半径
r [ m ]
で等速円運動する質量
m
の物体の位置ベクトルが
r
→
=
(
rcosωt
,
rsinωt
)
で与えられる.ここで
ω
[rad/s]
は角速度,
t [ s ]
は時間を示す.
(1)
物体の速度ベクトル
v
→
=
d
r
→
dt
と加速度ベクトル
a
→
=
d
v
→
dt
を計算(微分)して,ベクトル
v
→
,
a
→
の成分表示を書け.
解答
v
→
=(
−rωsinωt,rωcosωt
),
a
→
=(
−
r
ω
2
cosωt,−r
ω
2
sinωt
)
閉じる
解説
速度ベクトル
v
→
は位置ベクトル
r
→
を時間
t
で微分することで与えられる.
v=
d
dt
(
rcosωt,rsinωt
)=(
−rωsinωt,rωcosωt
)
加速度ベクトル
a
→
は速度ベクトル
v
→
を時間
t
で微分することで与えられる.
a
→
=
d
dt
(
−rωsinωt,rωcosωt
)=(
−r
ω
2
cosωt,−r
ω
2
sinωt
)
閉じる
(2)
v
→
と
a
→
の内積
v
→
⋅
a
→
を求めよ.
解答
解説
v
→
⋅
a
→
=
(
−rωsinωt,
rωcosωt
)
⋅
(
−rω2
cosωt,
−rω2
sinωt
)
=r2
ω3
sinωt
cosωt−
r2
ω3
cosωt
sinωt=0
閉じる
(3)
物体に作用する向心力
F
→
の大きさ
F=|
F
→
|
を求めて,記号
m,ω,r
だけを用いて答えよ.
解答
解説
a
→
=(
−r
ω
2
cosωt,−r
ω
2
sinωt
)
より,
F=
|
F→
|
=
|
ma→
|
=m
|
a→
|
=m
(
−r
ω
2
cosωt
)
2
+
(
−r
ω
2
sinωt
)
2
=mr
ω
2
[ N]
閉じる
ホーム>>物理演習問題>>力学>>質点の力学>>回転運動>>等速円運動 1
学生スタッフ作成
2020年11月2日