急啓
宇宙空間上の物体 B(巻上げ機付属)が静止しているとみなせる状況で、A がB から離れる方向に運動しているなら、A と B をロープでつなぐと、ロープがぴんと張った瞬間 B は A の方向に加速され運動するということですが、別段、最初に、Bとつながった静止上のAがあり、追々、B付属の巻上げ機でAを巻き上げている段階で、Aのみに、外部からの力がB から離れる方向に働く時、そのAにかかる外力が、B体稼働の巻上げ力よりも小さい場合でも、同B体は、Aの方向に加速運動してしまうということでしょうか?
又、巻上げ力の強さにかかわらず?、巻上げ機で巻き上げるとロープが切れないかぎり二つの物体の距離は縮まるものの、運動の向きは変わらないということですが、
それは、A体自体、(巻上げ力の強度が弱い場合でも)B体の方に引き寄せられるものの、Aの方向(Bから離れる方向)に働く(加速)運動の向きは変化しないと解釈してもよろしいですか?
A 回答 (4件)
- 最新から表示
- 回答順に表示
No.4
- 回答日時:
別に「宇宙物理」は必要としません。
単なる「力学」の問題です。まずは、AもBも推進力を考えない場合。
ワイヤーロープで接続前の物体Aの質量をm1、速度をv1、物体Bの質量をm2、速度をv2とすれば、運動量保存則から
m1・v1 + m2・v2 = (m1 + m2)・V (1)
の速度Vで、AもBも一体で動きます。速度Vは「合体したAとBの重心位置の速度」です。(v1、v2、Vはベクトルであることに注意ください)
「ワイヤーロープで巻き上げる」というのは、AとBと重心との幾何学的位置を変化させるだけで、合体したAとBの重心位置の運動を表す(1)式には影響しません。
次に、物体A、Bが推進力を持つ場合。
これは物体A、Bに外力F1、F2が働くことになります。例えば、物体Aが人工衛星でロケット噴射をしている場合です。あるいは、地球上での重力による力も外力です。
この場合には、
F1 = m1・a1
F2 = m2・a2
の加速度a1、a2がかかることになります。ちなみに、地球の重力による外力であれば、
F2 = m2・g
のように、働く加速度は「重力加速度g」になります。
この結果、ワイヤーロープをで接続した後の合成力(重心に働く外力)Fは
F = F1 + F2 (2)
となりますので、合体後の加速度aは
F = m1・a1 + m2・a2 = (m1 + m2)・a (3)
となります。
合体した瞬間の(1)式の速度をV0とすれば、時間t後の合体したA,Bの重心位置の速度は、
V = V0 + a・t (4)
ということになります。(ここでも、F1、a1、F2、a2、F、a、V、V0はベクトルであることに注意ください)
なお、上の議論でお分かりのように、巻上げ力の有無、巻き上げ力が推進力よりも大きい場合(ワイヤーロープが縮まる)、巻き上げ力が推進力よりも小さい場合(ワイヤーロープが巻きあげできず逆に伸びる)というのは全く意味がありません。(2)式はあくまで「外力」であって、ワイヤーロープの伸長/短縮という「内部の力」は重心の運動には全く影響しないからです。「内部の力」は、ワイヤーロープの伸長/短縮に関してAとBの作用・反作用で打ち消し合って、結果的にゼロになるということです。
宇宙空間を遊泳中に、手足をどう動かしてもどう引っ張っても、どちらかの方向に進むことはできないということです。
以上の一般論をした上で、ご質問への答を考えましょう。
>Aのみに、外部からの力がB から離れる方向に働く時、そのAにかかる外力が、B体稼働の巻上げ力よりも小さい場合でも、同B体は、Aの方向に加速運動してしまうということでしょうか?
「Aのみに、外部からの力がB から離れる方向に働く時」であれば、(3)式は
F = m1・a1 = (m1 + m2)・a (3‘)
となり、系全体は物体Aの推進力方向に移動することになります。
ワイヤーロープが縮まるときには、当然物体Bも同じ方向に移動することになります。
ワイヤーロープが伸びるときには、重心位置は物体Aの方向に移動しますが、物体Bがどの程度の速度で物体Aと同じ方向に移動するかはワイヤーロープが伸びる速度に依存しますが、巻き上げ力がゼロでなければ物体Aと同じ方向に移動します。
>A体自体、(巻上げ力の強度が弱い場合でも)B体の方に引き寄せられるものの、Aの方向(Bから離れる方向)に働く(加速)運動の向きは変化しないと解釈してもよろしいですか?
(3’)式から分かるように、物体Aの加速度に、Bの質量が影響しますが、運動方向は物体Aの推進力の方向です。
少し単純化した議論ですが、大筋でこんなものではないかと思います。
この度の貴回答、誠にありがとうございます。
都合により、お礼の返事が遅れたことをお詫びします。
又、機会があれば、ご回答の程、宜しくお願いいたします。
No.1
- 回答日時:
>最初に、Bとつながった静止上のAがあり、追々、B付属の巻上げ機でAを巻き上げている段階で、Aのみに、外部からの力がB から離れる方向に働く時、そのAにかかる外力が、B体稼働の巻上げ力よりも小さい場合でも、同B体は、Aの方向に加速運動してしまうということでしょうか?
その通り。張力があるかどうかだけで決まる。
>又、巻上げ力の強さにかかわらず?、巻上げ機で巻き上げるとロープが切れないかぎり二つの物体の距離は縮まるものの、運動の向きは変わらないということですが、それは、A体自体、(巻上げ力の強度が弱い場合でも)B体の方に引き寄せられるものの、Aの方向(Bから離れる方向)に働く(加速)運動の向きは変化しないと解釈してもよろしいですか?
二つの物体の距離が縮まるのは巻き上げ機のロープを引く力(左方向)が、Aの推力(またはAが他から引かれる力:右方向)より大きいとき。等しければ距離は一定。A体の推力のほうが大きければ、距離は広がる。
その状況を、最初はB体が静止であると観測していた外部の観測者が見たとき、B体が右に速度を持つことは変わらないものの、A体の方向を含む速度がどうなるかは、A・Bの質量や、B体の巻き上げ機の力、Aの推力、Aを引く力があれば、それも含む詳細次第。
この度の貴回答、ありがとうございます。
都合により、お礼の返事が遅れたことをお詫びします。
又、機会があれば、ご回答の程、宜しくお願い致します。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 物理学 どうして、三次元にいられるのですか。 4 2023/02/10 20:58
- 物理学 物理の単振動の問題で分からない所を教えてください 1 2023/05/10 20:59
- 物理学 物体間の摩擦力についてですが、 写真の①(上図)のように物体BをF[N]で引っ張ったとき 写真のよう 9 2023/06/08 16:22
- 物理学 宇宙は「ローレンツ収縮」しますか。 1 2023/01/26 16:16
- 物理学 水平な円板のあらい面上で, 中心から距離の位置に質量m の小物体を置いた。0を中心に円板を角速度で回 3 2022/08/07 21:24
- 物理学 写真の問題についてですが、導体棒がいずれ等速運動をする理由について、 「導体棒はF=IBLより(左手 1 2023/02/22 20:27
- 物理学 写真の図では、円運動が起きていますが、質問が3つあります ①例えば、鉛直面での円運動なら、垂直抗力が 6 2022/12/19 18:20
- 物理学 物理基礎で、力学的エネルギーと動摩擦力のことを習ったのですが、 あらい斜面の下から物体を滑り上がらせ 2 2022/09/11 10:12
- 高校 円運動の質問 4 2022/05/02 04:53
- 物理学 写真の図は単振動の動きを段階的に表したものです。 (加速度=a、力=kx、ばね定数=k、物体の質量= 8 2022/08/24 23:39
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
ある重量の物を浮き上がらせる...
-
ウで私は弾性力だと思ったので...
-
くさびの力の出力
-
水中で重さの違う物体の落下速...
-
この物理の問題は簡単な方でし...
-
摩擦力による等速円運動
-
衝撃荷重の計算式
-
高校物理基礎 運動エネルギーと...
-
運動エネルギーについて質問です。
-
2物体の相対速度が0のとき。。。
-
1Gは何ニュートンでしょうか?
-
ジュール・衝撃について、
-
なぜ物体は動くのか
-
画像から物体の奥行き計算
-
地面衝突時の衝撃力
-
(4)なのですが、解答に 頂点A...
-
質量kgと力Nを変えると速度m/s...
-
【物理】電車内で飛行する虫
-
垂直抗力の作用点について
-
衝突により失ったエネルギーは...
おすすめ情報