一定の毎分 90 回転で回る円板の軸から 115 cm の位置に小さな物体がのっている。 向心加速度 ac を求めよ。
解答つき円運動ワークシート
1.やさしい
n = 90 rpmr = 1.15 m
ac = m/s²
2.やさしい
質量 1.8 kg の石を、なめらかで水平な台の上で、張力 10 N で切れる糸で半径 1.4 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。
m = 1.8 kgr = 1.4 mTmax = 10 N
vmax = m/s
3.ふつう
車が半径 115 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 0.6、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 = 115 mμs = 0.6g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
4.ふつう
自動車が、半径 20 m の円弧になっている道路の盛り上がりの頂上を通過する。g = 9.81 m/s² とする。どの速さ vmax を超えると、頂上で車輪が路面から離れるか。
r = 20 mg = 9.81 m/s²
vmax = m/s
5.むずかしい
半径 300 m のカーブに 20° のバンクがついており、タイヤと路面の間の静止摩擦係数は 0.15 である。g = 9.81 m/s² とする。 自動車が外側上方へすべり出さずにカーブを通過できる最高の速さ vmax を求めよ。
r = 300 mθ = 20°μs = 0.15g = 9.81 m/s²
vmax = m/s
6.むずかしい
ボールを長さ 0.8 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 = 0.8 mg = 9.81 m/s²
vmin = m/s
解答
- 1. ac = 102.2 m/s²
- 2. vmax = 2.789 m/s
- 3. vmax = 26.02 m/s
- 4. vmax = 14.01 m/s
- 5. vmax = 40 m/s
- 6. vmin = 2.801 m/s
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