自由落下の機構について

質問

添付資料ご確認いただけますと幸いです。
製品を自由落下させ、バネで押している壁に当てて停めたいと思っています。
バネの力を選定するために、製品一個が落下して壁に当たる力を算出したく思っています。
以前も近しい内容で質問させていただいたのですが、良い回答がなく困っております。
知見者の方々、ご教授の程よろしくお願い申し上げます。
なんとか解決まで繋がるヒントだけでも構いません。よろしくお願いします。

回答No.4

lumiheart

＞バネの力を選定するために

最大の問題はバネは何ｍｍ縮んでもいーのか？

ただのバネじゃあないんでアレだけれど
ショックアブソバの計算
https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/110300269260/?list=PageCategory
アブソバが何ｍｍ縮むのか？
１００ｍｍ縮んでもいーのか？
縮む長さは１ｍｍ以下にしなければならないのか？

回答No.3

ohkawa3

現象を物理モデルを使って理解なさろうとするアプローチは素晴らしいと思います。

しかしながら、ご提示になった F＝mgsinθの式は、衝突の際の力を表す式ではなく、傾斜角θのシュートの下端（出口）にある静止状態の製品が壁を押す力であって、かつ、シュートの摩擦がゼロの場合です。

私がこの問題を解くとしたら、次のようなアプローチをとると思います。
1) 100mmの自由落下＋300mm×tan20°のシュートを合わせ、位置エネルギーが運動エネルギーに変換されるとして、シュート出口の製品の速度を求める。
2) 上記では、シュートの摩擦を考慮していないので、摩擦力による影響を補正する。（補正方法は、摩擦係数を理科年表のようなデータベースで調べるか、実験的な方法を採用するなど、多様にある。）
3) 製品の質量mとストッパーのばね定数kで形成される、ばね－マス モデルを適用して、運動エネルギーがばねの偏位に変換される時間的な変化を数値化する。
4) 上記のモデルで、壁の質量の影響を無視できなければ、補正する。
5) 純粋な ばね－マス モデルでは、振動が継続することになるので、エネルギーを消費する要素を加味する。教科書的には、「ダッシュポット」が対応するが、現実的にはシュートの摩擦力で足りるかもしれないし、壁に低反発ゴムのような材質を貼るような対処法も考えられる。
6) 上記5)の現象を単純な物理モデルで扱うのは少々難しいかもしれないが、実験的なアプローチで実用的な落としどころが見つかればそれで良しとしても、物理モデルとパラメータ・フィッティングの精密化を目指してもよい。

ご参考：
＞以前も近しい内容で質問・・・・良い回答がなく困っております。
おそらく「物理」のカテゴリーで投稿なさった次のご質問のことと思います。
https://okwave.jp/qa/q10252208.html
ご所望の答えが得られないのは、解決したい事柄と、適用した物理モデルにボタンの掛け違いがあったからと思います。今回、「 製造業・ものづくり」のカテゴリーに、解決したい事柄を具体的に投稿なさったことは的確なご判断と思います。

回答No.2

hiro_1116

＞バネの力を選定するために

それなら、実測する方が早いかもしれませんね。
摩擦やら何やらを適当に仮定して計算して、安全係数を見て、、、とやっているより、よほど現実的な解がえられるような気がします。

https://www.forcegauge.net/

回答No.1

hiro_1116

製品とシュートとの摩擦は無視できるのですか？ボールが転がっているようなケースなら無視して良いように思いますが。