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No.2
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机の上の物体は、張力 T が右方向に、摩擦力が左方向に働く。
その合力は、右方向を正として
F1 = T - μMg
従って、物体の加速度を a とすれば、運動方程式は
F1 = Ma
より
T - μMg = Ma ①
右にぶら下がっている物体は、重力が下方向に、張力 T が上方向に働く。
その合力は、下方向を正として
F2 = mg - T
糸がゆるまず伸びずに動けば、物体の加速度は机の上の物体と同じ a なので、運動方程式は
F2 = ma
より
mg - T = ma ②
① + ②で T が消えて
mg - μMg = Ma + ma
→ (M + m)a = mg - μMg
→ a = (mg - μMg)/(M + m) = [(m - μM)/(M + m)]g
これを①に代入すれば
T = Ma + μMg
=M[(m - μM)/(M + m)]g + μMg
= {[M(m - μM) + μM(M + m)]/(M + m)}g
= [(Mm + μMm)/(M + m)]g
= [(1 + μ)Mm)/(M + m)]g
②に代入しても
T = mg - ma = mg - m[(m - μM)/(M + m)]g
= {[m(M + m) - m(m - μM)]/(M + m)}g
= [(mM + μMm)/(M + m)]g
= [(1 + μ)Mm)/(M + m)]g
で同じになりますね。
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