写真の問題の(3)についてですが、ばねが自然長になる前にPがばねから離れるということは起こらないので

写真の問題の(3)についてですが、ばねが自然長になる前にPがばねから離れるということは起こらないのでしょうか？

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2023/10/31 09:12

No.2 です。

「お礼」に書かれたことについて。

＞僕が疑問に思ったのはボールの速さがばねが元に戻る速さより速くなることはないのかな？と思いました。

だって、「ボールの加速」は「バネが押す力」によって発生しますからね。
それ以外に「加速する」要因はありませんよね？
「押す力」を越えて加速することはあり得ません。「運動方程式 F=ma」で、「加速度 a」と「力 F」は常に１対１ですから。
なので「押し続けている間」は離れません。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
現実のばねが自然長になって弾性力がなくなった後も、慣性力によって自然長を過ぎて…とその繰り返しによって単振動を起こすのですね

お礼日時：2023/11/01 10:13

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2023/10/30 17:56

No.1 です。

質問者さんの疑問は、おそらくこの手の問題で扱われている「質量をもたないバネ」（この問題にはそう書かれていないが）だからなんでしょうね。

#1 の最後に思わず

＞自然長を過ぎれば、バネは「逆方向に戻ろうとする復元力」が働いて速さが遅くなるので、Ｐは離れていきます。

と書いてしまいましたが、これ現実の「質量のあるバネ」の話であって、「質量のないバネ」は自然長で「ピタッ」と止まります。

運動しているものが自然長で静止するのなら、その前から減速しているはずだ、と考えて、その間に「Ｐの速さの方が大きくなって離れるのでは？」とお考えなのでしょうね。
バネに質量がないので、復元力がなくなった瞬間に「慣性」がないのでピタリと止まります。自然長を中心に単振動することもありません。
現実にはあり得ませんが。

現実のバネを考えると、「バネの復元力エネルギーが、すべて物体Ｐの運動エネルギーになる」ということはあり得ず、一部は「バネ自身の運動エネルギー（振動エネルギー）」になります。
それを「質量のないバネ」という非現実的な条件で考えるので、「バネの復元力エネルギーが、すべて物体Ｐの運動エネルギーになる」つまり「バネは自然長で静止する」ということになって、質問者さんのような疑問がわくのでしょうね。
そういう疑問は非常に大切なので、何故そうならないのか、という理由を考察することが物理の理解をより深めると思います。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
この質問を投稿させていただいた経緯についてですが、残念ですが、そのような経緯ではありません…僕が疑問に思ったのはボールの速さがばねが元に戻る速さより速くなることはないのかな？と思いました。なぜばねが自然長に戻ろうとするとき、ばねと物体はピタリとくっついたまま動くのかな？と思いました。

お礼日時：2023/10/31 01:02

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2023/10/30 14:18

＞ばねが自然長になる前にPがばねから離れるということは起こらないのでしょうか？

はい、起こりません。

バネが自然長に戻る前であれば、バネは「復元力」をもってＰを押し続けます。
ということは、そのときのＰの速度をさらに加速させることになるわけで、Ｐはバネから離れることはありません。
バネが自然長になったところで、それ以上の「復元力」はなくなりますからＰを押すことはなくなり、Ｐに力が働かないのでＰは「等速運動」になります。
自然長を過ぎれば、バネは「逆方向に戻ろうとする復元力」が働いて速さが遅くなるので、Ｐは離れていきます。