Φ1.0、L=1mmのSUS304の丸棒を径方向にせん断破壊させるのですが、破壊に要するエネルギの計算方法がわかりません。ぜひご教示願います。

せん断位置はL=1mmの真ん中で、質量1kg、速度12m/sのものが長手方向に垂直に当たります。

ピンは5mm固定されており、ピンの真ん中である固定されている付け根からせん断させます。

上記条件についてよろしくお願いします。

A 回答 (1件)

 どのような目的で、その程度の精度を求めたいか、わかりませんので、一般論で説明します。


「何らかの課題やレポートのテーマを記載し、ご自分の判断や不明点の説明もなく回答のみを求める質問は、マナー違反であり課題内容を転載しているものは著作権の侵害となりますため質問削除となります。こういった質問対し回答する事も規約違反となりますのでご注意をお願いいたします。」との警告があったので、考え方の一例を示します。
 SUS304丸棒の剪断応力、弾性係数を調べ、それらから破壊荷重を導き、両端固定梁のたわみの式から変位量を求めます。これらから、仕事量を考える。
 また、「質量1kg、速度12m/sのものが長手方向に垂直に当たります。」の記述の意味が、この条件で破壊し、速度も0m/sになったのであるならば、運動量保存則から考えて、運動エネルギー=破壊エネルギーとみなせると思います。もし、速度0m/sになっていないのなら、破壊エネルギーは、この運動エネルギーより小さいと考えます。
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ちなみに入射電子線のエネルギーは15keVで、検出素子はSi(Li)です。

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>ということはL殻とK殻のエネルギー差が6keVもあるということなのでしょうか。
そういうことです。

本当かどうかは、K殻とL殻のエネルギー準位を求めればすぐに分かります。
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なお、具体的な計算の時には、水素原子の第1イオン化エネルギー=13.6eVを使うと楽です。

>原子のエネルギー準位は数eV程度ではないかと思うのですが、何か勘違いしてるのでしょうか。
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これを前提に計算される事は間違いではありませんし、計算も容易になります。
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尚、これは省エネセンターのHPにあったかと思います。

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よろしくお願いします。

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1000 mlO2/kg/h = 5kcal/kg/h

です。

こちらをご参考に。

http://www.tarleton.edu/Faculty/jblevins/Physiotherapy/Fall%202010/lab/metabolic%20calculation%20lab%20fall%202010.pdf

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Aベストアンサー

つりあい位置を原点とする単振動系においては,重力はキャンセルされる運命にあるので知っておくとよいでしょう。鉛直ばね振子でもそうでしたよね?

つりあい位置で,ばねの縮みをx0とすると
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L = 1/2 ml^2θ'^2 - mglθ - 1/2 k(x0 - lθ/2)^2
= 1/2 ml^2θ'^2 - mglθ -1/2 kx0^2 + 1/2 kx0lθ - 1/8 kl^2θ^2
= 1/2 ml^2θ'^2 -1/2 kx0^2 - 1/8 kl^2θ^2

第2項は定数なので捨ててよく,

L = 1/2 ml^2θ'^2 - 1/8 kl^2θ^2

あとは,できますね?

なお,蛇足ですが,仮にあなたが与えた結果が正しい場合でも,単振動の微分方程式であることには変わりありません。

θ'' = -ω^2 θ + C

の形の場合,

d^2/dt^2 (θ - θ0) = -ω^2(θ - θ0)

と書き換えることができますね?

Q超新星爆発のエネルギーをTNT火薬換算で知りたい

超新星爆発のエネルギーをTNT火薬換算で知りたい
超新星爆発のエネルギーは10の46乗ジュールと、ある記事で知りましたが
ジュールという単位は物理の素人には、なかなかイメージできません。

都市を一瞬にして吹き飛ばした広島型原爆の威力はTNT火薬換算で
15キロトン。

その後、米ソで軍拡が進み史上最大の核兵器はソ連の「ツァーリボンバ」で
威力は広島型原爆3300倍の50メガトン。

恐竜を絶滅させたといわれる6500万年前にユカタン半島に落ちた
小惑星クラスの隕石は6000万メガトン。

このように現実に起きた事例の延長として超新星爆発もTNT火薬換算であれば、
なんとなく理解できそうな気がします。

超新星爆発(特にII型と呼ばれるタイプ)は(地球ではなく)太陽質量の
8倍以上の恒星の爆発という事で、その威力は上記のような地球上での現象など
比較にもならない想像を絶するものだという事は容易に想像できます。

その想像を絶するモノを漠然とでもいいからイメージしたいので超新星爆発の
エネルギーである10の46乗ジュールをTNT火薬換算
(できれば「広島型原爆の○○倍」という風に表記)できる方がいれば
教えていただけると幸いです。

超新星爆発のエネルギーをTNT火薬換算で知りたい
超新星爆発のエネルギーは10の46乗ジュールと、ある記事で知りましたが
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15キロトン。

その後、米ソで軍拡が進み史上最大の核兵器はソ連の「ツァーリボンバ」で
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恐竜を絶滅させたといわれる6500万年前にユカタン半島に落ちた
小惑星クラスの隕石は6000万メガトン。

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Aベストアンサー

 1gの反物質が同量の物質と対消滅反応を起こした時に放出されるエネルギーは、TNT高性能爆薬換算で約42.96キロトンになり、これは長崎型原爆ファットマン(核出力約22キロトン)の約2倍です。
 超新星爆発の際に放出されるエネルギーの大きさは、超新星爆発ごとに差がありますが、仮に質問者様が仰る10の46乗Jとした場合、そのエネルギーは、地球と同じ重さ(約5.974×10^24kg)の反物質が、地球と対消滅した際に放出されるエネルギーの約9312倍になります。

 又、地球を粉々にする事が出来るエネルギーの約28兆倍に相当します。

Q衝突エネルギの吸収

自動車の「実車衝突実験」に関する研究論文を読みました(自動車研究 2002.5月号)。その中のひとつにスクーターの衝突実験の話があり「~(略)衝突前の運動エネルギの95%以上が車体変形エネルギに費やされており~(略)」という一節があるのですが・・・

1)この数値(95%)どうやって算出しているのでしょうか?同じ論文中には、衝突速度、ホイールベース縮小量、車両質量のデータや、衝突時の高速ビデオ映像、バリアに発生した荷重とその持続時間のグラフ、などが掲載されています。運動エネルギ 1/2mv*E2 の式でも使うのでしょうか?
2)反発係数eの式は、この場合使えるのでしょうか?衝突の際に被衝突物がつぶれて、エネルギを吸収しちゃってるわけですので、反発速度はゼロですよね?そうすると、95%なんて中途半端な数値ではなく、「100%吸収」としか考えられない気がするのですが・・・

この辺の情報をお持ちの方、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 
エネルギーは保存量ですから、衝突で起こる色々な現象を観察し、それぞれでどのようなエネルギー吸収や散逸があるかを計算して、これを、オートバイの運動速度から出る運動エネルギーから引いて、減少分の元のエネルギーとの比を取ると、5%程度になるので、残るのは、「変形に吸収されたエネルギー」ということで、95%という数字が出るのだと思います。

ぶつかる相手にも、いくらかのエネルギーは与えるはずです。それは相手の壁にかかる力の変化や、衝突で壁に振動が起こったり、振動波や熱が発生すれば、それも測定し計算することです。(また、必ず反発して、壁より少し後ろで止まるはずです。衝突の瞬間に、後輪が左右に動き、車体は横方向で壁にぶつかるというのもありえます)。

部品が飛散した場合、幾つかの方向からヴィデオで撮影していると、どの部品がどういう速度で飛んだか分かります。部品を拾って、質量を計り、速度で、運動エネルギーを計算すると、飛散した部品の使ったエネルギーが出てきます。

もう一つ、衝突の時には、地面をかなり強くこすります。衝突の仕方にもよりますが、地面との摩擦で熱エネルギーが発生します。このエネルギーは、衝突直後に、地面の温度を測るとかすると分かるはずです。

音に散逸するエネルギーは、スピーカで音を拾っておけば、音は四方に広がりますから、音の散逸エネルギーが出てきます。

車体の温度や、大気の温度も測定すると、熱散逸が計算できます。

正確にというのは無理ですが、変形以外のエネルギーの放出や散逸を合計すれば、運動エネルギーから、この減少分を除くと、残りが、「変形の吸収エネルギー」ということになります。
 

 
エネルギーは保存量ですから、衝突で起こる色々な現象を観察し、それぞれでどのようなエネルギー吸収や散逸があるかを計算して、これを、オートバイの運動速度から出る運動エネルギーから引いて、減少分の元のエネルギーとの比を取ると、5%程度になるので、残るのは、「変形に吸収されたエネルギー」ということで、95%という数字が出るのだと思います。

ぶつかる相手にも、いくらかのエネルギーは与えるはずです。それは相手の壁にかかる力の変化や、衝突で壁に振動が起こったり、振動波や熱が発生す...続きを読む


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