単位は記載していませんが、 SI単位系であるとします。 重力加速度を
とします。質量
の重りが付いた 自然長
バネ定数
のバネを天井から吊らします。( 問 1 )
このときバネの長さはいくらになっているでしょうか?
( 解 答 )
-
このときバネが
伸びているとすると、 力のつり合いから次の式が成り立ちます。
したがって
したがって答えは
です。この重りを手で持ってバネの長さが
になるまで持ち上げます。 このときに手のする仕事を求めなさい。( 解 答 )
-
重りを
の高さ持ち上げるときの仕事を求めればいいのですが、 手が重りに加えなければならない力 (
) は次第に大きくなります。 それは次の式で表されます。
したがって、 仕事は次のようになります。

この重りを手で持ってバネの長さが
になるまで持ち上げます。 このときにバネのする仕事を求めなさい。( 解 答 )
-
バネが重りに及ぼす力 (
)
バネが重りに対してする仕事

この重りを手で持ってバネの長さが
になるまで持ち上げます。 このときに、 手 と バネ が協力してする仕事と重りに加わるエネルギーを求めなさい。( 解 答 )
-
手が重りに対してする仕事 と バネが重りに対してする仕事 の和

手が重りに及ぼす力 と バネが重りに及ぼす力 の和

重りの得る一様な重力場における位置エネルギー

この重りを手で持ってバネの長さが
になるまで持ち上げたあと、 手を離すと重りは振動をしますが、 このときバネは最高でいくらの長さになるでしょうか?( 解 答 )
-
バネが
伸びているときの重りの速さを
とします。バネの自然長の位置の高さを
として、 エネルギー保存の法則のを作ると次のようになります。
のとき、 バネは最短または最長になります。そこで、 エネルギー保存の法則の式に
を代入すると、
したがって、 答えは
です。この重りを手で持ってバネの長さが
になるまで持ち上げたあと、 手を離すと重りは振動をしますが、 このとき重りの速さは最高でいくらになるでしょうか?( 解 答 )
-
バネが
伸びているときの重りの速さが最速です。 このときの速さはエネルギー保存の法則の式から次のようになります。
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