②と③の問題がどうしても分かりません。 教えてくださいお願いしますm(_ _)m

②と③の問題がどうしても分かりません。
教えてくださいお願いしますm(_ _)m

No.1 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2020/08/21 09:44

① 運動エネルギーは分かりますね？

② 「力学的エネルギー保存」とは、摩擦や空気の抵抗といった「ロス」（最終的に熱になる）が
なければ、「運動エネルギーと位置エネルギーの和が一定に保たれる」（ここではそれ以外の「ばねの弾性エネルギー」といった力学的エネルギーがないから）
というものです。
床の高さを位置エネルギーの基準にすれば、
・Ｂ点では運動エネルギーのみ（位置エネルギーはゼロ）
・Ａ点では位置エネルギーのみ（一瞬静止するので運動エネルギーはゼロ）
なので、Ａ点の運動エネルギーが、Ｂ点の位置エネルギーに変わることになります。

つまり
・Ｂ点の運動エネルギー：(1/2)mv^2 = (1/2) * 2.0[kg] * (6.0[m/s])^2 = 36 [J]
・Ａ点の位置エネルギー：mgh = 2.0[kg] * 10[m/s^2] * h[m] = 20h [J]
この2つが等しいので
　20h = 36
→　h = 1.8 [m]

③ 問題文の下に「摩擦のした仕事 = 摩擦力 × 距離」と書いてありますね。
物理でいう「仕事」とは、ある「力」が「その力の方向にどれだけの距離を動かしたか」ということで定義されます。
そして、「された仕事」「他にした仕事」分だけ力学的エネルギーが変化します。
つまり「仕事とエネルギーは等価」なのです。

Ａ点まで登った物体は、そのままの「力学的エネルギー」を持ったままＢ→Ｃと進みます。
力学的エネルギーが一定なので、最初にＢ点で「左向き」だった速さと同じ「右向き」の速さでＣ点まで進みます。
その運動エネルギーが、Ｃ→Ｄの間に「摩擦力」に「された仕事」分だけ減少します。
ここでは「摩擦力の方向」は「左向き」、動いた距離は「右向き」ですから、「摩擦力のした仕事＝物体がされた仕事」は「マイナス」になります。
「仕事」は、上に書いたように「その力の方向のどれだけ動いたか」ということだからです。

ということで、
　摩擦力のした仕事 = 失った運動エネルギー
です。

摩擦力の大きさは 4.0[N] と与えられているので、摩擦力のした仕事は
　4[N] * (-L [m]) = -4L [J]

物体が失った運動エネルギーの大きさは
　(1/2)mv^2 = (1/2) * 2.0[kg] * (6.0[m/s])^2 = 36 [J]
ですから、
　-4L = 0 - 36
→　L = 9[m]

この回答へのお礼

詳しく説明して下さってありがとうございます
m(_ _)m

お礼日時：2020/08/24 12:11