質量 2 kg の石を、なめらかで水平な台の上で、張力 90 N で切れる糸で半径 1.6 m の水平な円を描くように回す。石がもてる最高の速さ vmax を求めよ。
解答つき円運動ワークシート
1.やさしい
m = 2 kgr = 1.6 mTmax = 90 N
vmax = m/s
2.やさしい
質量 1100 kg の車が、半径 150 m の平らなカーブを一定の速さ 25 m/s で走る。 必要な中心向きの力(向心力)Fc を求めよ。
m = 1100 kgv = 25 m/sr = 150 m
Fc = N
3.ふつう
車が半径 130 m の平らなカーブを曲がる。タイヤと路面の間の静止摩擦係数は 0.5、g = 9.81 m/s² とする。車が横すべりせずにカーブを曲がれる最大の速さ vmax を求めよ。
r = 130 mμs = 0.5g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
4.ふつう
道路技術者は、自動車が摩擦に頼らずに半径 220 m のカーブを 100 km/h で通過できるようにしたい。g = 9.81 m/s² とする。バンク角 θ を求めよ。
r = 220 mv = 100 km/hg = 9.81 m/s²
θ = °
5.むずかしい
ボールを長さ 1.2 m の糸につけ、鉛直面内で円運動させる。g = 9.81 m/s² とする。最高点で糸がたるまずに張ったままでいられる最小の速さ vmin を求めよ。
r = 1.2 mg = 9.81 m/s²
vmin = m/s
6.むずかしい
長さ 1.2 m の軽い糸につけた質量 1 kg の球を鉛直な円を描くように回す。最下点での速さは 8 m/s である。空気抵抗を無視し、g = 9.81 m/s² とする。最高点での糸の張力 Ttop を求めよ。
m = 1 kgr = 1.2 mvbottom = 8 m/sg = 9.81 m/s²
Ttop = N
解答
- 1. vmax = 8.485 m/s
- 2. Fc = 4583 N
- 3. vmax = 25.25 m/s
- 4. θ = 19.67 °
- 5. vmin = 3.431 m/s
- 6. Ttop = 4.283 N
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