円錐振り子
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2013.02.14


     

  円錐振り子では、 重りは等速円運動をしますが、 重りの回転速度 ( 角速度 ) が大きくなるとそれに伴って軌道半径が大きくなります。 重りの質量を 、 紐の長さを 、 張力の大きさを とします。 上の図より、 次の式が成り立っていることがわかります。
     

  運動方程式( 接法ベクトル表示 )は次のように表されます。 右辺は速度の向きの変化の原動力となる 向心力 を表しています。 接線方向の力は 0 なので、 速度の大きさは変化しません。
     

したがって、 次の式が成り立ちます。
     

一方、 鉛直方向の力のつり合いより、 次の式が成り立ちます。
     

より、 次の式が成り立ちます。
     
     
より、 次の式が成り立ちます。
     
  求めたかったのは、 です。 はピンときませんが、 を見ると、 が大きいほど ( 重りの回転移動角速度 )が大きくなりますので、 軌道半径が大きいほど が大きくなることがわかります。 逆に言うと、 が大きいほど軌道半径が大きくなるということです。