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直線2連振子のエネルギー(2) 直線2連振子のエネルギーの定量的考察を試みた。 まず,初歩的な計算で最下点までのエネルギー移動を考察しよう。 本来の題意である最下点での速さを求める。 力学的エネルギー保存により ここで, を考慮して解けば, を得る。したがって,おもり1のエネルギー変化は 同様に を得る。 「個別の力学的エネルギー保存が成立するのではないか」 という勘違いとともに多く見られる勘違いは, 「重心の力学的エネルギーは保存するだろう」 というものである。もちろん重心まわりの回転のエネルギーを忘れてはいけない。 重心の軸からの距離および最下点での速さ を考慮すると 失われた重力による位置エネルギーとの差をとれば この差は重心まわりの回転のエネルギーまたは,相対運動のエネルギーということになる。 は容易に確認できるだろう。ただし, は重心まわりの慣性モーメントである。
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【解答】途中にばねのついた振子 鉛直方向からの微小角変位を とする。このとき, 重力によるトルクの大きさは, ばねによるトルクの大きさは, と近似できる。したがって,系の運動方程式は すなわち, したがって,微小振動の周期は となる。
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【妄想属性】妄想 【名前】落とし穴と7人のマッチョマン 【属性】落とし穴と7人のマッチョマン 【大きさ】落とし穴:直径5m深さ1000mの穴 マッチョマン:身長2m13cmの男が7人いる。 【攻撃力】落とし穴:大きさ相応の落とし穴並み。 マッチョマン1人:セイウチと互角以上に格闘可能。 月の輪熊を軽々投げ飛ばし手傷を負わせるも殺すにはいたらず。 マッチョマン2人:普通自動車を持ち上げ5mほど投げ飛ばす。 マッチョマン3人:バスを持ち上げる。 マッチョマン5人:1トントラックを持ち上げる。 マッチョマン7人:7人が手を握り合えばそれぞれの攻撃力がマッチョマン1人の10倍になる。 【防御力】落とし穴:大きさ相応の落とし穴並み。 マッチョマン1人:イボイノシシの突進に仁王立ちで耐える。 マッチョマン3人:マッチョマン3人が縦1列に並ぶことで全速力で走るダンプカーも正面から止める。 ただし1番前のマッチョマンは衝撃で死ぬ。 他2人は何故かたいしたダメージを受けない。 マッチョマン7人:7人が手を握り合えばそれぞれの防御力がマッチョマン1人の10倍になる。 【素早さ】落とし穴:大きさ相応の落とし穴並み。 マッチョマン1人:月の輪熊やセイウチを越える反応速度。 月の輪熊よりも速く走る。 【戦法】7人のマッチョマンが相手を捕まえて落とし穴に落とし落殺もしくは閉じ込めて勝つ。 ◆考察記録--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 874 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/04(水) 00 35 42 マッチョマンだが バスのほうが一トントラックより重い件について 892 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/09(月) 23 14 00 7人のマッチョマンをひき殺すとき、全員ひき殺せず落とし穴に落ちたらバスの負けだぞ 894 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/09(月) 23 21 47 892 まあ普通の車には勝てるだろう 自動車の壁中位あたりだと小回りきく奴が多そうだからきつそうだな 895 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/09(月) 23 32 34 思ったが落とし穴とマッチョマンの位置関係はどうなってるんだ? マッチョマンたちより前に落とし穴があったら突進はしてくれないぞ 896 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 22 35 54 情報待ちか? 897 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 22 55 48 情報待ちというかルール的にはどうなるんだ? 898 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 23 28 26 横に並んでるでいいんじゃないか 同時参戦なんだし 899 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 23 46 01 開始距離はどれだけとるんだ? あと横に並んだときのお互いの距離は? 900 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/11(水) 00 14 23 開始距離はマッチョマンの身長×7+落とし穴の5mで約20m お互いの距離はほとんどなしでいいと思うけどな 901 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/11(水) 00 53 04 落とし穴の場合、体長は深さじゃないのか? 902 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/11(水) 18 00 59 901 俺もそう思う 903 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/12(木) 22 26 43 今までもそうだったな 914 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/15(日) 21 43 25 マッチョマンだが、結局1kmほど離れて戦闘開始でいいのか? その場合でも、歩けば1kmほどならそこまで体力は消耗しないしあまり不利にはならないだろうが。 ただ、落とし穴に落とすためには投げ入れる前に穴の近くまで連れて行かねばならんけど。 915 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/15(日) 22 26 14 別にわざわざ近くにいかんでも相手が来てくれるまでしばらく待ったらいいんでないかな 相手が近づいてこなそうならそっから動いても遅くないし 918 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/17(火) 23 12 28 落とし穴と7人のマッチョマン考察 マッチョマンが全滅したらいずれ埋められてやられる。 高防御力の壁から下がる。 ×音速マン 早すぎて無理。 ○あーむすとろんぐ☆ 飛んでいくので逃亡勝ち。 ×マジョスティック12 ボインチョップで負け。 ×桐生一馬 3人で防御しても1人死ぬので無理。 ○ホセ 動きを封じて落下勝ち。 ×少し速く動く落とし穴 落とせない。全滅負け。 ×ジャソケソマソ 飛んでるので無理。 ×安倍晴哉 3人で防御しても1人死ぬので無理。 ×マリア 速すぎる。 ○アレックス 普通に勝てると思われる。 ×レボルス2号 攻防速が高すぎる。 ×ロードローラー 重い上にジャンプ可能なので厳しい。 ×常時無敵スーパーマリオ 火の玉で負け。 ○レボルス1号 遅いが熱線が強いので近づきにくい。微妙だが全体的に遅めなので有利か? ○ヨグ=ソトース 余裕で対処できる。 ○ザ・橋本 防御10倍で戦って勝ち。 親王さまと小畑健以降は車なので6連勝できる。 その下も大体勝てるだろう。 常時無敵スーパーマリオ>落とし穴と7人のマッチョマン>レボルス1号
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▲【多人数の壁】 ◆65(自動車の壁) >ohana>ノヴァ>發緑發と白白板>常時無敵スーパーマリオ>乗用車マン>轟 >インセクトウォリアーズ>シロナガスクジラ>30メートルおじさん>20メートルおじさん×2 >20メートルの成人男性>ピンゴ・ペンゴ>幸子EX>国防挺身隊>孫悟空(孫悟空VSデルモ) >落とし穴と7人のマッチョマン>レボルス1号>ヨグ=ソトース>凄いライフルを持った男と長い糸 >桃太郎一味>時速500㎞で走る芋虫=メガロドン>ミニ戦車>親王さまと小畑健=日本刀マン >ミスター・リバイブ>青い帽子>海上用コンテナを持ち上げられる女>ダンスパーティ >自動車を担いだ成人男性>ケツァルコアトルス=ダンプカーに乗った成人男性>バラオ >フンドシのおじさん>トヨタ・エスティマ>トヨタ・カローラ>トヨタ・ヴィッツ>ポンコツ自動車 ▼【怪物の壁】 【妄想属性】妄想 【名前】落とし穴と7人のマッチョマン 【属性】落とし穴と7人のマッチョマン 【大きさ】落とし穴:直径5m深さ1000mの穴 マッチョマン:身長2m13cmの男が7人いる。 【攻撃力】落とし穴:大きさ相応の落とし穴並み。 マッチョマン1人:セイウチと互角以上に格闘可能。 月の輪熊を軽々投げ飛ばし手傷を負わせるも殺すにはいたらず。 マッチョマン2人:普通自動車を持ち上げ5mほど投げ飛ばす。 マッチョマン3人:バスを持ち上げる。 マッチョマン5人:1トントラックを持ち上げる。 マッチョマン7人:7人が手を握り合えばそれぞれの攻撃力がマッチョマン1人の10倍になる。 【防御力】落とし穴:大きさ相応の落とし穴並み。 マッチョマン1人:イボイノシシの突進に仁王立ちで耐える。 マッチョマン3人:マッチョマン3人が縦1列に並ぶことで全速力で走るダンプカーも正面から止める。 ただし1番前のマッチョマンは衝撃で死ぬ。 他2人は何故かたいしたダメージを受けない。 マッチョマン7人:7人が手を握り合えばそれぞれの防御力がマッチョマン1人の10倍になる。 【素早さ】落とし穴:大きさ相応の落とし穴並み。 マッチョマン1人:月の輪熊やセイウチを越える反応速度。 月の輪熊よりも速く走る。 【戦法】7人のマッチョマンが相手を捕まえて落とし穴に落とし落殺もしくは閉じ込めて勝つ。 874 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/04(水) 00 35 42 マッチョマンだが バスのほうが一トントラックより重い件について 892 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/09(月) 23 14 00 7人のマッチョマンをひき殺すとき、全員ひき殺せず落とし穴に落ちたらバスの負けだぞ 894 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/09(月) 23 21 47 892 まあ普通の車には勝てるだろう 自動車の壁中位あたりだと小回りきく奴が多そうだからきつそうだな 895 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/09(月) 23 32 34 思ったが落とし穴とマッチョマンの位置関係はどうなってるんだ? マッチョマンたちより前に落とし穴があったら突進はしてくれないぞ 896 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 22 35 54 情報待ちか? 897 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 22 55 48 情報待ちというかルール的にはどうなるんだ? 898 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 23 28 26 横に並んでるでいいんじゃないか 同時参戦なんだし 899 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/10(火) 23 46 01 開始距離はどれだけとるんだ? あと横に並んだときのお互いの距離は? 900 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/11(水) 00 14 23 開始距離はマッチョマンの身長×7+落とし穴の5mで約20m お互いの距離はほとんどなしでいいと思うけどな 901 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/11(水) 00 53 04 落とし穴の場合、体長は深さじゃないのか? 902 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/11(水) 18 00 59 901 俺もそう思う 903 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/12(木) 22 26 43 今までもそうだったな 914 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/15(日) 21 43 25 マッチョマンだが、結局1kmほど離れて戦闘開始でいいのか? その場合でも、歩けば1kmほどならそこまで体力は消耗しないしあまり不利にはならないだろうが。 ただ、落とし穴に落とすためには投げ入れる前に穴の近くまで連れて行かねばならんけど。 915 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/15(日) 22 26 14 別にわざわざ近くにいかんでも相手が来てくれるまでしばらく待ったらいいんでないかな 相手が近づいてこなそうならそっから動いても遅くないし 918 名前:格無しさん 投稿日:2007/04/17(火) 23 12 28 落とし穴と7人のマッチョマン考察 マッチョマンが全滅したらいずれ埋められてやられる。 高防御力の壁から下がる。 ×音速マン 早すぎて無理。 ○あーむすとろんぐ☆ 飛んでいくので逃亡勝ち。 ×マジョスティック12 ボインチョップで負け。 ×桐生一馬 3人で防御しても1人死ぬので無理。 ○ホセ 動きを封じて落下勝ち。 ×少し速く動く落とし穴 落とせない。全滅負け。 ×ジャソケソマソ 飛んでるので無理。 ×安倍晴哉 3人で防御しても1人死ぬので無理。 ×マリア 速すぎる。 ○アレックス 普通に勝てると思われる。 ×レボルス2号 攻防速が高すぎる。 ×ロードローラー 重い上にジャンプ可能なので厳しい。 ×常時無敵スーパーマリオ 火の玉で負け。 ○レボルス1号 遅いが熱線が強いので近づきにくい。微妙だが全体的に遅めなので有利か? ○ヨグ=ソトース 余裕で対処できる。 ○ザ・橋本 防御10倍で戦って勝ち。 親王さまと小畑健以降は車なので6連勝できる。 その下も大体勝てるだろう。 常時無敵スーパーマリオ>落とし穴と7人のマッチョマン>レボルス1号
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【解答】ばね振子への弾丸打ち込み (1) 求める速さを とすると,運動量保存の法則により 失われた力学的エネルギーは, (2) 縮みの最大値を とすると,エネルギー保存により 振動の周期は,
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【解答】斜面をすべる台上のばね振子 (1) 求める運動方程式は, (2) (1)の結果から, したがって, (3) において, であるから, となる。
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【解答】ばねで連結された振子群の振動 【問題】 ばねで連結された振子群の振動 (1) ばねで連結された質点群の横振動と同様にして,さらに重力の効果を考慮すれば,運動方程式 を得る。 (2) 運動方程式において, etc.とおくと, を得る。 (3) を用いると となるから,これを(2)の結果に適用して, 任意のについて成立するためには, となる。すなわち,分散関係として を得る。下図は,Polymathによるのグラフである。 なお,この系にはすなわち,のモードが存在する。 基本振動においては だから,振動周期は となる(Algodooの設定で2.2sec.)。
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直線2連振子のエネルギー Yahoo!知恵袋より。軽い棒で連結された2質点を振り子にしたとき,2質点間で力学的エネルギーのやりとりが起こること。 図のような軽い棒に2つの質点のついた振り子を水平位置から振らす,力学的エネルギー保存の問題。 質問者の疑問の主旨は, 「質点が棒から受ける張力は運動方向に垂直で仕事をしないのに,なぜ個別の質点で独立に力学的エネルギーが保存されないのか」 というものである。なかなかよい観点だ。 明らかに2質点間で力学的エネルギーのやりとりが行われているはずだ。つまり,質点が棒から受ける力には運動方向の成分が存在するのである。この点が糸に下げた振り子とは異なる。棒に垂直な分力が質点に仕事をすることで,2質点間にエネルギーの移動が起こっている。 下図はAlgodooによるシミュレーションで,振り子が下へ向かう途中で棒とおもりを連結しているヒンジが受ける力を表示したもの。斜め上向きの矢印がそれぞれのおもりが棒から受ける力を示している。上のおもりは「よりはやく動こうとして」それを妨げる運動と逆向きの分力を受け,下のおもりは「よりおそく動こうとして」それを許さない運動方向の分力を受けていることがわかるだろう。これらの分力がトルクを構成して,2質点の系を回転させているということもできる。 これらの分力によってされる仕事を通じて,2つの質点は力学的エネルギーを交換しているというわけだ。下降においては上から下へ,上昇においては下から上へのエネルギーの移動が起こっていることになる。 Algodooシーンのダウンロード
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半円筒の転がり振子(修正) 「物理のかぎしっぽ」掲示板で質問して,疑問が解決した。 http //hooktail.maxwell.jp/cgi-bin/yybbs/yybbs.cgi?room=room1 mode=res no=22973 mode2=preview_pc なんと慣性モーメントの「平行軸の定理」の使い方をまちがっていました。^^; 修正の結果,理論値はぴったり0.53sec.で測定値に一致した! (修正版) 中身の詰まった半円筒形を水平面上で転がり振動させたときの周期を求める。 手近にあったガラス製半円プリズムで実験したところ0.53sec. となり,理論値にぴったり一致した。 次の図のように設定する。 傾き角のときの重心の座標および重心の速度は, となる。重心の軌跡はサイクロイドである。なお,半円の重心は円中心からの距離にある。 (パップス-ギュルダンの定理) 一方,重心まわりの慣性モーメントは平行軸の定理により, である。ただし,円筒の慣性モーメントを用いた。 初期条件をとすると,エネルギー保存により すなわち, 周期を求めると, となり,の極限で,ガラスプリズムの値を代入すると,sec.となった。 ちなみに,摩擦なしの場合はだから, となり,理論値はsec.となった。 ガラスプリズムでの測定値は,sec.であった。見たところ滑りはなく,きれいな転がり振動をしているように見える。理論値にぴったり一致した。 周期を求めると -- 名無しさん (2018-01-19 11 36 48) のところの途中式がわからない -- 名無しさん (2018-01-19 11 37 18) 名前 コメント
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【解答】弾性棒とばねで連結された3連振子 【問題】 弾性棒とばねで連結された3連振子 運動方程式は,直接変位と力からでも十分書けるが,指示に従ってラグランジアンから導出する。 運動方程式は, と置くと,方程式 を得る。 を消去して, に関する方程式 を解き,対応する振幅 を求めると,規準振動として次を得る。 のとき, のとき, のとき, ※Algodooの設定は, である。弾性棒は作れないので,ばねに置き換えた。