No.2ベストアンサー
- 回答日時:
No.1の方が自信なさそうなので補足します。
紐の場合、張力が常に0以上なら弛まずに円運動になります。
頂点で張力が0になる場合が円運動になる限界です。
円運動をしているとき、遠心力、張力、重力の紐の向きの成分は釣り合っています。
(ボールは円の接線方向に運動しており、掛かっている力の合力は、接線方向の
成分だけが残ります。紐の向きの成分が残ると、紐が弛むことになります。)
鉛直上方からの紐の傾きをθ、張力をT(θ)、ボールの速度をu(θ)とすると、
M・u(θ)^2/L=T(θ)+Mgcosθ
つまり
T(θ)=M・u(θ)^2/L-Mgcosθ
第1項はθが0のときに最小、第2項(Mgcosθ)はθが0のときに最大なので、
T(θ)min=T(θ=0)
=M・u(θ=0)^2/L-Mgcos0
=M・u(θ=0)^2/L-Mg
≧0
あとはNo.1の回答と同じです。
計算も合っていると思います。
No.1
- 回答日時:
● 勘違いが有るかもしれないが・・・
頂点での速さをV0,U0とすると,棒の場合には頂点でV0≧0であれば良いが、紐の場合には円運動を描くためには遠心力≧重力(ここが不安だが・・・)でなければならない。
1)棒の場合
エネルギー保存から
(1/2)MV^2=(1/2)MV0^2+Mg(2L)
V^2-4gL=V0^2≧0より V≧√(4gL)
∴V=2√(gL)
2)紐の場合
M・(U0^2/L)≧Mgより U0^2≧gL
同様にエネルギー保存より,
(1/2)MU^2=(1/2)MU0^2+Mg(2L)
U^2-4gL=U0^2
U^2-4gL=U0^2≧gL ∴U^2≧5gL
U≧√(5gL)
よってU=√(5gL)
3)よってV:U=2√(gL):√(5gL)=2:√5
これでいいのだろうか?
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