物理 力学的エネルギーの問題です。

質問

図のように、水平面上に質量mの物体を置き、壁との間をばね定数kのばねでつないだ。ばねの自然の長さからの伸びをxで表し、面と物体の間の静止摩擦係数をμ、動摩擦係数をμ'、重力加速度の大きさをgとする。次の問いに答えよ。

問１
ばねが自然の長さにある状態から、図のように手で水平に物体に力を加え、ばねを引き伸ばした。ばねの伸びがxになるまでに、手のした仕事はいくらか。正しいものを、次の(1)～(8)のうちから一つ選べ。
(1)(1/2)kx^2 (2)kx^2 (3)μ'mgx (4)μ'mg (5)(1/2)kx^2+μ'mgx (6)(1/2)kx^2+μ'mg
(7)kx^2+μ'mgx (8)kx^2+μ'mg

問２
問1の過程の最後に手を止めて静かに放したところ、物体は静止していた。手を放した後も物体が静止しているようなばねの伸びxの最大値x[0]はいくらか。正しいものを、次の(1)～(4)のうちから一つ選べ。
(1)μmg/k (2)2μmg/k (3)μ'mg/k (4)2μ'mg/k

問３
問2の実験でばねの伸びがx＜x[0]のとき、物体に作用している摩擦力はいくらか。正しいものを、次の(1)～(6)のうちから一つ選べ。ただし、図の右向きを正とする。
(1)kx (2)-kx (3)μmg (4)-μmg (5)μ'mg (6)-μ'mg

解答と解説をよろしくお願いします。

回答No.1

delli7 · ベストアンサー

問１ 物体を引きずる事に対する仕事＋バネを伸ばす事に対する仕事です。
引きずる方は力（摩擦力）が一定で、距離がｘなので、 〇△ｘです。
バネを伸ばす方は力がバネの伸びによって増えるので、
力が最後は◇ｘの形になります。それが０から始まるので、
1/2◇ｘ＾２の形になります。

問２ 静止摩擦の最大値は■m◆です。それがバネの力とちょうどつりあうｘを求める問題ですね。
バネの力は◇ｘの形になります。
◇ｘ＝■m◆
ｘ＝■m◆/◇

問３ 静止摩擦力は、加わっている力と同じ量が反対方向に発生します。
ここではバネの力と同じ量が反対方向に発生します。
（重力は床からの抗力とつりあっている）
バネの力は◇ｘの形になります。

お礼

ありがとうございました(^-^)/