物理(慣性モーメント)について

このQ&Aのポイント
  • 巻胴の半径r、質量mの物体に長さlのひもが巻きつけられ、巻胴の中心からABだけ上方にひもの一端が固定されている。この物体が静止の状態から落下させた場合、ひもが解け終わる瞬間における巻胴の速度vを求める式があります。
  • 回転軸はつねに水平を保つものとし、巻胴の中心を通る慣性モーメントをIとします。
  • 解き方の過程には、ひもの張力や重力との関係、運動方程式、角加速度などが絡んできます。具体的な計算過程は複雑ですが、式を使って一つずつ求めていくことができます。
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物理(慣性モーメント)について

以下の問について解き方、考え方、過程を教えて下さい。 1.巻胴の半径r、質量mの物体に長さlのひもが 巻きつけられ、巻胴の中心からABだけ上方にひもの一端が 固定されている。この物体が静止の状態から落下させた場合、 ひもが解け終わる瞬間における巻胴の速度vを求めよ 回転軸はつねに水平を保つものとする。巻胴の中心を通る 慣性モーメントをIとする。 (Ans. ) v = √((2m(r^2)gl)/(m(r^2) + I)) α:角加速度 t:ひもの張力 mg - t = ma F r = Iα= m(r^2)α/2 a = rα より、F = mg /3 a = 2g/3 と求まりましたがこれ以降の解き方が分かりません。 できれば答えまでの式の過程も教えて下さい。

  • tki-
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  • yokkun831
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回答No.1

まず,慣性モーメントをIとするとあるので,勝手に一様円板の値を用いてはいけません。 重心運動の方程式 ma = mg - t 重心周り回転運動の方程式 tr = Iα 拘束条件 a = rα 以上より t を消去して,aを得ます。 等加速度ですから v^2 = 2al を用いてvを得ます。 以上が運動方程式を用いた流れですが,エネルギー保存を用いるのが簡明です。 mgl = 1/2・mv^2 + 1/2・Iω^2 拘束条件 v = rω 以上よりvを得ます。

tki-
質問者

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