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問75 運動量保存の法則から m1v1=m1v1'+m2v2'
    はねかえり係数の式から
    両式から m1v1=m1v1'+m2(ev1+v1')
       ∴   
    m1=m2でe=1の場合,v1'=0,v2'=v1 つまり速さが入れ替わる。
    力学的エネルギー保存の変化量��Eは
       
    {   }内がm1,m2,eによってきまる変化量の係数である。
    e=1の場合��E=0で(完全)弾性衝突である。
    e=0の場合��Eが最大で完全非弾性衝突である。

問76 (1) 衝突前の速度の水平,鉛直成分は,それぞれ vx=v cosθ,vy=v sinθ
      衝突後の速度の水平,鉛直成分は,それぞれ
          vx'=v cosθ,vy'=−e・vsinθ
      よって,衝突後の速さv'は
   (2)     ∴ tanθ のe 倍を満たす向き
   (3) 床に平行な方向はなめらかと考えるので,力積=0,鉛直方向は上向きを正として,運動量変化は小球に与えられた力積に等しいから
         m{ evsinθ−(−v sinθ )}=(e+1)mv sinθ>0
     大きさは(e+1)mv sinθ で上向き

問77 (1) 分裂後のロケット,燃料の速度をそれぞれV1,v'とすると,運動量保存の法則から
         MV=(M−m)V1+mv'
     ロケットに対する燃料の相対速度が後方にuだから  v'−V1=−u ← (u の負号に注意)
     両式から  
       MV=(M−m)V1+m(V1−u)=MV1−mu
        
   (2) 2回目には(1)のMを(M−m)に書き換えればいいから  
     同様にして,n回目の噴射後の速度Vnは
        V
1,V2,・・・・,Vnのn個の辺々を加えて
                 

問78 1回目に床に衝突してからの最高点の高さをh1,2回目に床に衝突してからの最高点の高さをh2,以下同様にh3,h4,・・・hnとする。
    例1 から,h1=e2h,h2=e2h1=e4h,h3=e2h2=e6h,・・・,hn=e2n・h
    止まるまでに移動した距離Lは(変位ではない),
    L=h+2(h1+h2+h3・・・hn)=h+2(e2h+e4h+e6h+・・・e2n・h)
     =h{1+2(e2+e4+e6+・・・+e2n)}=h{1+2e2(1+e2+e4+・・・+en)}
     = ← 与式で  x ⇔ とする
    一方,止まるまでの時間T は
    1回目に床に衝突するまでの時間t は
    1回目の衝突から2回目までの時間t1は
    2回目の衝突から3回目までの時間t2は
    よってTは

問79 鉛直下方,水平右向きを正とする。衝突までの時間tは l=v0t      ∴   
   衝突直前の小球Aの水平,鉛直方向の速さvAx,vAyは,vAx=v0,vAy=gt=
   小球Bの水平,鉛直方向の速さvBx,vByは,vBx=0,vBy=gt=
   水平方向について運動量保存の法則から
       mv0=m(vAx'+vBx') ∴ v0=vAx'+vBx'
   はねかえり係数の式から
               
   両式から vAx'=0,vBx'=v0
   この結果から衝突後小球A,Bは速度を入れ替えることがわかる。

問80 �@�A 球が打ち上げられると台は下向き,右側のおもりは上向きに動き出す。物体の運動量変化は物体に加えられた
           力積に等しいから球が受けた力積は  mW (上向き),
       おもりが受けた力積は   (M+m)V(上向き)
   �B 球,台,おもりはそれぞれ左図の力積を受ける。
       台について,運動量変化=台が受けた力積
       MV=mW−(M+m)V      ∴        
      �C おもり,台それぞれについて運動方程式をたてると(糸の張力をT,加速度をαとする)
       (M+m)α=(M+m)g−T,Mα=T−Mg
    両式より
   �D これより T=M(α+g)=
   �E おもりが初速度V で距離H上がれば,台は下向きに初速度V で距離Hだけ落下する。最高点とはね上げ直
    後の位置で,台・おもり系での力学的エネルギー保存の法則から
       
   �F上と同じくして,球についても
      mgh=mW2      ∴  
   �G   

問81 (1) U2=mgl(1−cosθ0)
   (2) おもり・糸・台系には衝突前後で外力が働かないから,運動量が保存される(この値ははじめ動いてないから
     0である)。また,おもりと棒が衝突するまでは,力学的エネルギーは保存されている。左向きを正の向きにす
     ると
        mv1+Mv2=0 ・・・・・�@
          ・・・�A
     �@からv2= これを�Aに代入して
         ,
      (v1>0,v2<0から,おもりは左向き ,棒・台は右向きに動く)
   (3) 運動量保存の法則,はねかえり係数の式から
      mv1 '+Mv2'=0 ・・・・・�B,  ・・・・�C
      両式から
      (1)より v1−v2>0 なのでv1'<0 (右向き),v2'>0 (左向き)      
        (4)
         
    (5) おもりが最高点に達すると台も止まる。(∵ 全運動量=0)
       mgl (1−cosθ1)=e2mgl(1−cosθ0)
       
        (  )
問82 (1) P,台の速度をそれぞれv,V とすると,運動量保存の法則から
                mv+MV=0
    力学的エネルギー保存の法則から
       
    両式から
     物体の運動エネルギー  
     台の運動エネルギー      
    (2)右図

問83 (1) 水平方向の運動量は,はじめ0でこの値は保存されるから
      mVA+MVK=0・・・・・�@
     力学的エネルギー保存の法則から
     �@式から
     これを�A式に代入して
        
                 
    (2) 運動量保存の法則から
        
      はねかえり係数の式から
        
      �B,�C式から
      これと(1)から
        

問84 (1)CがAに衝突した直後は,ばねが縮んでないからAはばねから力を受けない。衝突前後でAとCの運動量は保存されるから,衝突直後のAの右
      向きの速さをvA,Cの右向きの速さをvCとすると,運動量保存の法則とはねかえり係数の式から
        
      両式から 
      ( e=1の衝突だからエネルギー保存の法則からも求められる)
   (2) l>l0とすると,ばねの力は縮む向きにk(l−l0)だから,Aは右向きにばねからk(l−l0)の力を受け,Bは左向きに同じ大きさの力を受ける。A,Bは
           ばね以外から力を受けないので,A,Bの右向きの加速度をαA,αBとすると,運動方程式は
        
      (3) 衝突直後のAの右向きの速さは v0,Bの速さは0だから,衝突直後の重心の速さはである。よって重心のエネルギーは
        
      (4) 衝突は完全弾性衝突だから,衝突前後の並進運動のエネルギーの差
        
     が振動のエネルギーになっている。ばねが縮みきったときには,A,Bの速度は0だから振動のエネルギーはすべて弾性エネルギーになっている。この
     とき,A,B間の距離をl1とすると
        
     複合は+のときに最大距離,−のとき最小距離を示す。
   (5) ばねがx だけ伸びたとき,A,Bはばねからkxの力を受ける。このとき,重心からはかったA,Bの位置はつり合い位置からだけ遠くなっている。
     ここで,kx=2k・と書けるから重心からはかるとA,Bはそれぞれ自然の長さばね定数2k,質量mのばね振り子と考えることができる。このばね
      振り子の角振動数は
               
           A,Bの重心に対する速度は
        
     A,Bの速度vA,vBはt=0でvA=v0,vB=0だから
               
    


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