誰か物理(2)が分かる人…、いますかー…

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  • 質問者：noname#202
  • 質問日時：2000/12/20 23:23
  • 回答数：4件

この問題の解き方を教えて下さい。　　　　　　メリーゴーランドが5.0秒間に一回の割合で等速円運動をしている。　角速度は何rad/sか。また、回転数は毎秒何回か。　　　教えて下さい、お願いします…　　　

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A 回答 (4件)

No.4ベストアンサー

  • 回答者： frank
  • 回答日時：2000/12/20 23:55

角速度は「1秒間に何rad動くか」です


１周は円周率π=3.14(ぱい)を使うと
2π(rad)なので、角速度ω=2π/5.0です

回転数は「１秒間に何回転するか」です
１週に５秒かかるということは、回転数f=1/5.0です

ちなみにたった５秒で１週するメリーゴーランドなんて怖くて私は乗れません
メリーゴーランドの中心から３メートルのところの立つと、横向きに約4.8Gがかかり、吹っ飛ばされてしまいます
それはとんでもなく恐ろしい問題ですね
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No.3

  • 回答者： tukitosan
  • 回答日時：2000/12/20 23:53

通常角度で使う単位は[度]（すみません。

右上に○で示す方法がわからないので「度」と漢字でかかせてください。）です。ところが角度を[rad]（ラジアンと読む）であらわす事があります。

この２つの単位の関係は次のように成ります。
　　　　３６０[度]＝２π[rad]
ですから、この角速度の単位から、
　　　　[rad]のデータを[秒]の単位で割ればよい。
ということになります。ですから、5.0[秒]で１回転、つまり回転角は２π[rad]となりますので計算は、
　　　　２π÷5.0＝0.4π　　[rad/s]
と成ります。

また回転数は、毎秒何回つまり、一秒ごとに何回転するかですから、
　　　　回転数を時間で割ればよい。
ということになります。ですから、5.0[秒]で１回転ですので
　　　　１÷5.0＝0.2　[回転/s]
となります。

こんなもんでいかがでしょうか。

また、[度]と[rad]の単位換算がよく分からないという人がいますが、あまり細かいことを考えずに、[cal]と[J]との関係とか[mmHg]と[atm]とかの関係と同じように考えてみてください。
　　　　　1 cal　　＝　4.19Ｊ
　　　　　1 atm　　＝　760 mmHg
とかの変換と同じだと思って考えてみて下さい。

助言にでもなれば、幸いです。
tukitosan でした。
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No.2

  • 回答者： kazu-kun
  • 回答日時：2000/12/20 23:49

１回転の角度は、２πradです。


角速度とは１秒間に何rad分回転するかなので、
２π÷５秒＝［　］rad/sですね。
回転数とは、１秒間に何回転するかなので、
１回÷５秒＝［　］Hzですね。Hzは回転数の単位です。

宿題だったら、人の回答を鵜呑みにしないように・・・。
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No.1

  • 回答者： kaju
  • 回答日時：2000/12/20 23:43

あ--やりましたこれ。

高校のときに
覚えているかなぁ10年くらい前の事だから。。。
えーと
まず、
1回転回るのに5秒かかるのだから1/5で1秒あたりの回転数出ますよね。
rda/aは1秒間に移動する角度でしたっけ?
単位どおりに360/5でだめですか?
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単位を変換してゆくと、「Wb・m=J/T」となるのでしょうか？

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以下、SI単位系で考えます。

> 単位を変換してゆくと、「Wb・m=J/T」となるのでしょうか？

なりません。
MKSA[m,kg,s,A]で表示すれば

　[Wb・m]＝[m^3・kg/(s^2・A)]
　[J/T]　＝[A・m^2]

となります。
[Wb・m]と[J/T]は別の次元を持つ単位であることがご理解いただけると思います。


> 磁気双極子モーメントの単位は「Wb・m」だと思うのですが、
> 陽子や電子が持っている磁気双極子モーメントの単位が「J/T」になるのな何故でしょうか？

以下、
　磁束密度：B
　磁場：H
　真空の透磁率：μ0
としますが、
同じSI単位系でも
磁化M（＝単位体積あたりの磁気モーメント）を

M＝B－μ0・H

と定義する流儀、つまりBとHの関係を

B＝μ0・H＋M

と表示する流儀(EH対応)と、
Mを

M＝B/μ0－H

と定義する流儀、つまりBとHの関係を

B＝μ0・(H＋M)

と表示する流儀(EB対応)があります。


EH対応で定義されたMはBと同じ次元を持ち、単位は[Wb/m^2]です。
一方、
EB対応で定義されたMはHと同じ次元を持ち、単位は[A/m]です。
ですので、それぞれの流儀での磁気モーメントの単位は（それぞれ[m^3]を掛けて）

EH対応で定義された磁気モーメントは[Wb・m]を単位として持ちます。
EB対応で定義された磁気モーメントは[A・m^2]＝[J/T]を単位として持ちます。

テキストが「EH対応」か「EB対応」かどちらの流儀で磁化Mを定義したかにより
磁気モーメントの単位は変わります。
どちらの流儀が使われているのかは、質問者しか知り得ませんので
ご自分でテキストを最初から追って確認してください。

つまり、EH対応を採用しているテキストで磁気モーメントの単位を
[J/T]としているなら誤植ですが、
EB対応を採用しているテキストで磁気モーメントの単位が
[J/T]となっているのであれば誤植ではありません。


あと、蛇足ですが、
今回の質問のように厳密な定義や関連する知識が必要とされる問題を
インターネット上の情報のみに頼って解決することはお奨めしません。

理化学辞典（岩波書店刊）
http://www.amazon.co.jp/dp/4000800906
など、しっかりした成書で調べることをお奨めします。

理化学辞典であれば
付録のページの「5 電磁気的諸量の換算表・次元」の表を見れば
[Wb・m]と[J/T]が別の次元を持つことは数秒で解決できたはずですし、
「磁気モーメント」の項目を引けば、
「単位はEH対応でWb・m，EB対応でA・m^2である。」
と書いてありますし、さらに「電磁気の単位系」の項目を参照すべし、
と矢印がついていますので「電磁気の単位系」の項目を引けば、
「磁化Mを磁束密度Bと同じ次元にとるEH対応単位系と，Mを磁場Hと同じ次元にとるEB対応単位系がある。」
と書いてありますので、
「なぜ単位が[Wb・m]だったり[J/T]だったりするのか？」
までを数分で解決できたはずです。
（さらに「磁化」の項目を参照すれば、もっと詳しく書いてあります。）

apllさんが、物理系または化学系の学生さんでしたら、
理化学辞典を購入して座右に備えることを強くお奨めします。

以下、SI単位系で考えます。

> 単位を変換してゆくと、「Wb・m=J/T」となるのでしょうか？

なりません。
MKSA[m,kg,s,A]で表示すれば

　[Wb・m]＝[m^3・kg/(s^2・A)]
　[J/T]　＝[A・m^2]

となります。
[Wb・m]と[J/T]は別の次元を持つ単位であることがご理解いただけると思います。


> 磁気双極子モーメントの単位は「Wb・m」だと思うのですが、
> 陽子や電子が持っている磁気双極子モーメントの単位が「J/T」になるのな何故でしょうか？

以下、
　磁束密度：B
　磁場：H
　真空の透磁...続きを読む

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Qモータ出力Ｗ＝回転速度[rad/s] 　x　必要トルクＴ [Nm]　ですか？

直径１０ｃｍ、500gの円盤　を　600rpm で回転させるのは　何Ｗ必要ですか？


1 rps = 60rpm = 6.283 rad/s
として
600rpm = 62.83 rad/s


直径１０ｃｍ、500gの円盤　を　600rpm（62.83 rad/s） で回転させる時に
必要なトルクＴ　　である時は、


(1)機械出力Ｗ＝回転速度[rad/s] 　x　回転力（トルク） [Nm]
というのは間違っているのでしょうか？


モータの場合
入力電力　＝　機械出力　　＋　損失
入力電力Ｗ　＝　電圧Ｖ　ｘ　電流Ａ
機械出力Ｗ＝回転速度[rad/s] 　x　回転力（トルク） [Nm]
モータ効率＝　機械出力/ 入力　x 100
と本に解説がありましたが、



(2)この時のトルクの求め方は、慣性モーメントから求めるのではなく
実測でトルク計測以外に方法はないのでしょうか？
トルク　＜　半径０．１ｍ　ｘ　重さ０．５ｋｇ　みたいなので概算しては駄目なのでしょうか？



なんだかこんがらがって前に進めません、
よろしくお願い致します。

直径１０ｃｍ、500gの円盤　を　600rpm で回転させるのは　何Ｗ必要ですか？


1 rps = 60rpm = 6.283 rad/s
として
600rpm = 62.83 rad/s


直径１０ｃｍ、500gの円盤　を　600rpm（62.83 rad/s） で回転させる時に
必要なトルクＴ　　である時は、


(1)機械出力Ｗ＝回転速度[rad/s] 　x　回転力（トルク） [Nm]
というのは間違っているのでしょうか？


モータの場合
入力電力　＝　機械出力　　＋　損失
入力電力Ｗ　＝　電圧Ｖ　ｘ　電流Ａ
機械出力Ｗ＝回転速度[rad/s] 　x　回転力（ト...続きを読む

Aベストアンサー

> 回転速度一定の場合でも、抵抗があると
> 機械出力は０Ｗということはないと思います。

実際には少しは抵抗があり、これはその通りです。しかし、出力を求めるためには抵抗の大きさを汁必要がありますが、抵抗の大きさはここで与えられている情報からでは推測しようがありません。原理的に不可能です。

何のために円盤を回すのでしょうか？これにベルトなどを付けて他の物につなげるのなら、ベルトの材質、それからベルトの先が何につながっているかなど情報がないと何ともいえません。

仮に純粋に円盤を回すだけだとします。そうすると抵抗は微々たるものです。だから皆さんの答えは出力は０Wとなっているわけです。もちろん、厳密に考えれば少しの抵抗はありますが、その抵抗はたとえば円盤の軸受けの性能にも依るでしょう。空気抵抗は円盤の微妙な形に依りますし、完全な円だとしても表面の材質に依存します。おっしゃるとおり多少の損失は現実に存在しますが、**円盤の半径と質量からだけでは損失の大きさは原理的に求まりません。**

ほかにもいい解答がたくさん出ているので、良く読んで落ち着いて考えてみてください。何が問題となっているのか、何を見過ごしているのかが、分かるはずです。必要な情報が分かったらまた質問もしてくださいね。

> 回転速度一定の場合でも、抵抗があると
> 機械出力は０Ｗということはないと思います。

実際には少しは抵抗があり、これはその通りです。しかし、出力を求めるためには抵抗の大きさを汁必要がありますが、抵抗の大きさはここで与えられている情報からでは推測しようがありません。原理的に不可能です。

何のために円盤を回すのでしょうか？これにベルトなどを付けて他の物につなげるのなら、ベルトの材質、それからベルトの先が何につながっているかなど情報がないと何ともいえません。

仮に純粋に円...続きを読む

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