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物理基礎の問題です。 天井に一端を固定したばね定数kのばねに質量m(kg)のおもりを取り付け、おもりを手で持ちばねが自然長となる位置で静止させる。
この位置で静かに手を離すと、おもりは鉛直方向に振動を始めた。重力加速度の大きさをg(m/s^2)とする。また、重力による位置エネルギーの基準を自然長の位置とする。

問、振動の中心はつり合いの位置である。
振動の中心での
速さv(m/s)
ばねの伸びx(m)
を用いて振動の中心での力学的エネルギーを求めよ

A 回答 (1件)

振動の中心は、ばねが自然長からxだけ下方に伸びた位置なのだから


ばねの弾性力による位置エネルギー=(1/2)kx²
また、振動中心は重力による基準エネルギーの基準よりxだけ下方にあるから
高度が-xなので 
重力による位置エネルギー=mg(-x)=-mgx
速さがvなんで 運動エネルギー=(1/2)mv²
ゆえに
振動中心での力学的エネルギー=運動エネルギー+位置エネルギー
=(1/2)mv²+(-mgx)+(1/2)kx²
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