エネルギー

質問

下の図のように、ばねをちぢめて、点Ａにある金属球をレール上で打ち出したところ、
点Ｂで金属球はばねをはなれ、点Ｄまで到達した。

1.金属球がもつ運動エネルギーが最大の点はどこか。
Ａ～Ｄの中から選びなさい。

2.点Ｄまで達した金属球は、再び下って、ばねを押しちぢめてから打ち出され、
その後、何回か往復を繰り返しながらだんだんとレール上を上がる高さを超え、
最後には止まってしまった。

金属が止まるまでに、金属が持っていたエネルギーはおもに何エネルギーに変わったか。

この2つの問題の解き方の解説をお願いします。

回答No.2

gohtraw · ベストアンサー

押し縮められたバネは金属球に対して仕事をしながら長さを増していきます。この仕事によって、金属球の運動エネルギーは増加していきます。従って、バネと金属球が離れる瞬間、バネから金属球に与えられるエネルギーの合計値は最大になると考えられます。

あとはこれ以外にエネルギーの出入りがあるかどうかなのですが、レールが水平であるという前提でいえばＡ，Ｂ，Ｃの各点は同じ高さにあるので位置エネルギーの増減はありません。次に摩擦等の影響ですが、これらが無視できるとすればＢＣ間における（摩擦等に起因する）エネルギーの出入りはありません。この場合ＢおよびＣ点における金属球の運動エネルギーは等しい値をとります。逆に摩擦等が無視できないとするとＢからＣに向かう間に金属球は運動エネルギーを失います。

多分、問題の設定としてはレールは水平、摩擦は無視できないということだと推定しているのですが、その辺の記載がないとしたら明確さに欠ける不親切な問題だと思います。

問２についても不明確な部分があると思います。「金属球が止まるまでに」という時間の尺度をどう考えるかによって答えが変わってきます。金属球が動いているときであれば音とか振動、熱などに変わると思われますが、十分に長い時間を経た後ではこれらは熱エネルギーに変わると考えられます。

回答No.3

fxq11011

エネルギー保存の法則
金属球に加速度が加わる最後の瞬間が最高速。
エネルギーの変換
バネ圧縮　→　運動エネルギー　→　位置エネルギー　→　運動エネルギー　→　バネ圧縮
以下　損失がなければエネルギー保存の法則により永遠に繰り返し。
現実は抵抗による損失があります、損失は熱として周囲に放出拡散します。

回答No.1

misawajp

＞2.点Ｄまで達した金属球は、再び下って、ばねを押しちぢめてから打ち出され、その後、何回か往復を繰り返しながらだんだんとレール上を上がる高さを超え、最後には止まってしまった。

上がる高さを超え　とは　どのような意味ですか、表現が不適切です、　だんだんレール上を上がる高さが下がり　の間違いでしょう

運動エネルギーが最大とは速度が最大のこと

エネルギーは摩擦と空気抵抗によって減少します　それは最終的に何に変わるのでしょう

必ず勉強しているはずです

補足

上がる高さを超え　という表現はテキストがそうだったからです。

運動エネルギーが最大とは速度が最大のこと
は初めて知りました。
参考になります！