(物理基礎・エネルギー) 55で、解答では『元の位置⇒自然長、自然長⇒最高点』と分けて求めていたので

(物理基礎・エネルギー)
55で、解答では『元の位置⇒自然長、自然長⇒最高点』と分けて求めていたのですが、なぜ『元の位置⇒自然長』で求めると答えが合わないのかが分かりません。
56も元の位置から最大に伸びたときにしたら答えが合いませんでした。

質問者からの補足コメント

• 55,56の解答です！

  
    補足日時：2020/04/07 09:44

• 『元の位置⇒自然長』ではなくて『元の位置⇒最高点』でした、すみませんm(_ _)m
  写真のように計算しました。
  間違えてるところを教えてくださると助かります！

  
    補足日時：2020/04/07 13:58

No.4 ベストアンサー 回答者： masterkoto 回答日時： 2020/04/07 14:20

＃２に書いた通り

元の位置では　バネとMとｍ　３つのエネルギーを考えているでしょ
なら、終始一貫この３つのエネルギーの和が保存されるということを考えないといけないんです！
あなたのは　最高点や伸びmaxの点で、このうちのいずれかが欠けてしまっています　
（最高点の例でいえば、ｍが最高点のときの位置エネルギーだけでなく、そのときのバネやMのエネルギーまで合わせてエネルギーが保存されているということ！）
そこが誤りです

ちなみに　自然長でセパレートした場合も　　元の位置→自然長 の間ではバネとMとｍ　３つのエネルギーの保存を考えています。
で、ここで頭を切り替えて、自然長でのmの運動エネルギーが分かったので、そのあとはｍだけに着目してmだけのエネルギーの保存をかんがえているのです
つまり模範は、初め（元の位置）を3物体のエネルギーの和で考えるなら、終わり（自然長）も3物体のエネルギーの和で考えているから、
ここまで矛盾が出ていないのです
ここで、分割して　改めて初めを自然長のときのｍの位置に、考慮する物体をｍだけに設定しなおしているので
自然長→最高点　の間では終始一貫ｍだけのエネルギーが保存されている　というように今度はｍだけをみればよくなっているのです

要点は、「エネルギーは理由もなくなくならない」　ということをしっかり考慮することです！

この回答へのお礼

理解できました。
ありがとうございます！m(_ _＊)m゛

お礼日時：2020/04/07 15:42

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2020/04/07 13:15

>『元の位置⇒自然長』で求めると答えが合わない

意味不明。何をどう計算したんですか?

No.2 回答者： masterkoto 回答日時： 2020/04/07 11:30

55はmの最高到達点を求めなければいけないのだから、最高点の部分を考えに入れない「元の位置⇒自然長」で答えが出ないのは当然では？

５６の質問から察するに、「自然長と最高点でエネルギーを比べた」ということなのかもしれませんが、そうだとすれば
５５は自然長以後、Mとmが分離しますが両方のエネルギーを常に考えに入れておかないと、エネルギーの保存が崩れることになりかねません

自然長でMとｍが分離する瞬間、初めにばねが持っていた弾性エネルギーはMとｍに振り分けられることになりますが、
どんな割合で振り分けられるかということが模範解答のようにやらないと分かりにくいです
で、初めに持っていたエネルギー(1/2kL²)のすべてが、自然長部分で(1/2)MVo²:(1/2)mvo²=M:mの比に振り分けられることになります
自然長と最高点でエネルギー保存を考えるなら、
ｍが最高点に到達する時刻をｔとして
最高点でmが持っている位置エネルギー＋時刻ｔでのバネの弾性エネルギー＋tでのMの運動エネルギー＝初めにバネが持っていた弾性エネルギー
となります
このあたりのことをしっかり式に反映させましたか？

ちなみに
時刻ｔでのバネの弾性エネルギー＋tでのMの運動エネルギー＝自然長での弾性エネルギー＋自然長でのMの運動エネルギー＝自然長でのMの運動エネルギー
ですから
最高点でmが持っている位置エネルギー＋自然長でのMの運動エネルギー＝初めにバネが持っていた弾性エネルギー
⇔最高点でmが持っている位置エネルギー＝(初めにバネが持っていた弾性エネルギー) 　ー　(自然長でのMの運動エネルギー)
ですから自然長で一旦セパレートするのは自然な考え方です

56も思考回路は５５と全く同様だと思います

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2020/04/07 10:28

＞55で、解答では『元の位置⇒自然長、自然長⇒最高点』と分けて求めていたのですが、

「元の位置→自然長」では、ばねの弾性エネルギー→「板と小球」の運動エネルギーに変換され、
「自然長→最高点」では、そのうちの「小球」だけの「運動エネルギーと位置エネルギー」を扱うからでは？

＞なぜ『元の位置⇒自然長』で求めると答えが合わないのかが分かりません。

あなたは何をどうしたのかな？　それを書かないと説明のしようもありませんよ。

＞56も元の位置から最大に伸びたときにしたら答えが合いませんでした。

あなたは何をどうしたのかな？　これも、それを書かないと説明のしようもありませんよ。

「自然長」から先は、ばねにくっついているのは「板」だけですね。
つまり、そこから先では、「自然長での板の運動エネルギー」が「板の運動エネルギーとばねの弾性エネルギー」に変換され、
「板の運動エネルギー」が 0 になるのが「最大の伸び」。