ばねと仕事とエネルギーについて

質問

ちょっとわからないので質問します。
あるばね定数ｋのばねの一端が天井に固定されていて、質量ｍの重りが付けられています。
１、ばねが自然長になるまで手で支え急に手を離すとおもりは振動し始めた。
２、手で重りを支えながら下ろしていくとばねは伸びてある高さで重りは静止した。
１、２、でなぜこのような違いが生じるのか、仕事とエネルギーの考え方から説明しなさい。

わかりそうでわかりません。。。
どうかお答えできる人はお願いいたします。

回答No.4

yokkun831

No.１です。ばねの弾性力について，つりあいと仕事に含めるのをすっかり忘れましたね。＾＾；　ごめんなさい。No.2でフォローされていると思いますので，そこんところよろしくです。

回答No.3

zako2

難しい回答がなされているようですが答えはかんたんです。

おもりをつるすと、その分ばねは自然長よりのびますよね。つまり自然長で離したと言う事はまだまだばねは伸びきってない、ばねのエネルギーとおもりの位置エネルギーが釣り合う点より上から落としたということです。
同然ばねは振動をはじめます。

回答No.2

BookerL

おもりにされる仕事とおもりの得るエネルギーの関係で考えます。

　１では、おもりに働く力は重力とばねの弾性力です。自然長からおもりが下がって行く時、重力＞弾性力　となっている間は正の仕事がされ、おもりの運動エネルギーが増えます。ばねの上向きに引く力は負の仕事をしますが、重力より小さいので、おもりになされる正味の仕事は正になり、おもりの運動エネルギーは増え続けます。
　つりあいの位置（重力＝弾性力 の位置）まで来ると、おもりに働く力が０になりますが、運動エネルギーを持っているのでそのまま下方への運動を続けます。つりあいの位置を過ぎると、重力＜弾性力　となり、弾性力による負の仕事が大きくなり、おもりの運動エネルギーは減ります。やがて振動の最下点に来ると弾性力によって引き戻され、これがくりかえされて振動を続けます。

　２では、おもりが下がっていく時、重力＝弾性力＋手の支える力 となっており、おもりに対してばねの他に手が負の仕事をします。つまり重力のする仕事の一部は、手による負の仕事に奪われ、おもりは運動エネルギーを得ることができません。
　そして、つりあいの位置まで下がると、運動エネルギーのないおもりはそこで静止することになります。

　ということでどうでしょう。

回答No.1

yokkun831

ポイントは，

１では重力のみがおもりに仕事をしており，したがって重力による位置エネルギーがつりあい位置において運動エネルギーに変わる

のに対して，

２では手が支える力（抗力）が，おもりに対して負の仕事をしており，重力による仕事と相殺して，結果的に，つりあい位置における運動エネルギーはゼロになる

という点にあります。２では，おもりが移動するときに力はつりあっていると考えてよいので，ゼロである合力がする仕事がゼロであり，その結果が運動エネルギーゼロ・・・ということですね？

この手の問題が，わかりそうでわからないというのは，実はわかっていないのだと自覚してください。物理では，もっとも基礎的な問題が，もっとも難しく感じられることがよくあります。そういった場合に，たいてい「わかったつもり」が本質的な理解にいたっていないことが多いのです。みんなそういう思いをするので，がっかりすることはありませんが，こうした問題をしっかりつきつめて考えることは，本質的な理解のために避けて通れないわけですから，しっかり悩んでください。