- 締切済み
ばねを最小限のエネルギーで壊す方法
こんにちは、 大昔あるテレビで、米国の橋が風に煽られ、橋の固有振動数で大揺れに揺れ、崩壊する様子を見ました。そこで質問ですが、ここに天井からぶら下った「錘の付いたばね」があるとしますと、このばねを最小限のエネルギーで壊すには、ばねの固有振動数で大きな振幅を加えれば、良いのでしょうか？ よろしくお願い致します。
- 物理学
- 回答数5
- ありがとう数0
- みんなの回答 （5）
- 専門家の回答
みんなの回答
- debukuro
- ベストアンサー率19% (3635/18948)
破壊されるとは思えません 疲労破壊が起こる前に弾性を喪失して振動しなくなり伸びきった状態で静止すると思います
- SortaNerd
- ベストアンサー率43% (1185/2748)
エネルギーは同じですね。空気やばね自身の抵抗を計算に入れればむしろ大きい。 最小限の「力」で壊すならそれが正しいです。
- tetsumyi
- ベストアンサー率26% (1854/7079)
空気抵抗があるので固有振動で壊すのは無理でしょう。 それに小さいエネルギーでも時間を掛けると結果的に相当のエネルギーとなります。 最も小さいエネルギーで壊すには局所的にエネルギーを加えることでしょう。 細い酸素（ガス）等で焼き切るのが普通です。
タコマ橋の話ですね↓ http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BF%E3%82%B3%E3%83%9E%E3%83%8A%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%82%BA%E6%A9%8B 個人的にはギューと引っ張って破断させるのと落下のタイミングで チョイチョイと加速を加え振幅を増大させて金属疲労または伸びきった 終端の引っ張り応力で切れるのを待つのとではエネルギーで比較してど うなのか解りませんが．．．。バネとしての耐久性、錘の空気抵抗に よる振動減衰等、条件によってかなり違う気もします。
- MVX250F001
- ベストアンサー率19% (701/3520)
小分けに力を加えても一気に加えてもトータルのエネルギーは同じになると思いますが
関連するQ&A
- 物理のばねと振動の問題について質問させてください。
物理のばねと振動の問題について質問させてください。 問題文は次のとおりです。 ばねの下端におもりをつけ、上端を電動のこぎりの刃どめ部分に取り付ける。おもりはパラフィン油の入ったビーカーに浸してある。刃どめ部分の振動数がばねの固有振動数に一致するように調節し、電動のこぎりのスイッチを入れる。この時スイッチを入れた後のおもりの運動の様子と、その理由を答えよ。 回答の選択肢は、つぎの５つつです。 (1)振幅が増大しながら振動し続けた。これは電動のこぎりがする仕事が抵抗力によるエネルギー散逸を上回り、おもりの力学的エネルギーが増大するため。 (2)しばらく振幅は減少しながら振動し続け、最終的におもりは静止した。これは抵抗力によるエネルギー散逸が電動のこぎりがする仕事を上回り、おもりの力学的エネルギーが減少し続けるため。 (3)しばらくすると振幅が一定の単振動をするようになった。理由は、電動のこぎりがする仕事が抵抗力によるエネルギー散逸とつり合い、おもりの力学的エネルギーが一定となるため。 (4)しばらくすると振幅が一定の単振動をするようになった。理由は、電動のこぎりがする仕事が抵抗力によるエネルギー散逸を上回り、おもりの力学的エネルギーが一定となるため。 (5)しばらくすると振幅が一定の単振動をするようになった。理由は、抵抗力によるエネルギー散逸が電動のこぎりがする仕事を上回り、おもりの力学的エネルギーが一定となるため。 答えとともに、簡単で構いませんので理由が知りたいです。 すみませんがよろしくお願いします。
- 締切済み
- 物理学
- ばねと仕事とエネルギーについて
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。
- 締切済み
- 物理学
- バネによる位置エネルギーと重力による位置エネルギーについて
この二つは同時に考える必要がありますか？ 問 角度θでの斜面において、最下部を点Pとしてそこにストッパーをつけます。このストッパーからバネ定数がkであるバネ（自然長l）を斜面に沿って上向きに付けて、ストッパーとは固定します。次にバネのもう片方に質量ｍの重りを固定させます。 ここで重りに斜面に沿って下向きにｖの初速度を与えて単振動（振幅A、）させた時のエネルギーの保存式はどうなりますか？ 自分で考えた答え (1) (kA^2)/2 = (kx'^2)/2 + (mv^2)/2 ただし x' = (mg*sinθ)/k (2)重りには重力による位置エネルギーがあるため(1)の式の両辺にそのときの位置エネルギーを加えなくてはならない (1)と(2)どちらが正しいのでしょうか？それともどちらとも違いますか？ よろしくお願いします
- 締切済み
- 物理学
- ばね振り子の問題を教えてください！！
軽いばねの下端に0.10kgのおもりをつるし、上端を固定する また重力加速度は9.8ｍ/s^2とする (1)振動の周期が0.4秒の時、ばね定数と振幅をを求めよ (2)ばねの伸びが最大の時、おもりの重力による位置エネルギーU1とばねの弾性力による位置エネルギーU2を求めよ テストが近いので大至急教えてください お願いします
- 締切済み
- 物理学
- 高校物理のばねの問題です。
あるばね定数 k のばねの一端が天井に固定されていて、他端に質量mのおもりが付けられている。ばねが自然長になるようにおもりを手で支え、(1)急に手を離すと、おもりは振動を始めた、(2)手でおもりを支えながらゆっくり手を下ろしていくと、ばねは伸びて、ある高さでおもりは静止した。 （１）(1)と(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てください。 （２）(1)の振動の最下点でのばねの伸びは、(2)でのばねの伸びの何倍でしょう。 できるだけ早く回答をお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- 板バネの設計式について
現在板バネの設計を行おうと考えているのですが、板バネの固有振動数や、振幅、振動収束時間を理論的に求める式が見つかりません。すみませんが、ご存知の方、教えて頂けませんでしょうか？。 よろしくお願い致します。
- 締切済み
- 金属
- 運動エネルギーと位置エネルギー
ばね振動において運動エネルギーと位置エネルギーのやり取りを次の瞬間ごとに説明お願いします 1.ばねを引っ張って伸ばした(振動開始時) 2.ばねが自然長になった 3.おもりが行き過ぎて停止した(折り返し) 4.おもりが戻ってきてばねが自然長 5.最初のところに戻った
- ベストアンサー
- 物理学
- ばねの振動
問題中の振動の解釈に疑問があるので質問します。 問題は、ばね定数98N/mの軽いばねを天井からつるし、その先端に質量2.0kgのおもりをつるした。ばねが自然の長さになる位置で静かに手をはなしたところ、おもりはつりあいの位置Oを中心に振動した。重量加速度の大きさを9.8m/s^2とする。(1)重りが最下点に達したとき、ばねはいくら伸びたか。 です。 解説では、つりあいの位置Oを重力による位置エネルギーの基準にとり、重りをつるした時のばねの伸びをx_0、最下点での伸びをx_Bとして、力学的エネルギーの保存の法則を用いて解いていました。しかし自分は、つりあいの位置Oから自然の長さまでの振れ幅と、つりあいの位置Oから最下点までの振れ幅は同じで、振れ幅をAとおいてフックの法則より、2.0*9.8=98A、A=0.2 ばねの伸びは2A=0.40(m)。で答えはあっていました。どなたか自分の考えは間違っていて、今回たまたま正解しただけか、天井からつるしたばねがある位置から振動したら、ある位置からの上下の振れ幅は同じとしてよいのかを、教えてください。お願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
- ばねによる弾性エネルギーと力学的エネルギー。
上端を固定したばねに、質量mのおもりをつけた。おもりを自然長の位置から静かに下げていくと、のびがaのときにつり合った。重力加速度の大きさをg、重力による位置エネルギーの基準点を自然長の位置とする。 (1)つり合いの位置での力学的エネルギーをaを使って表せ。 (2)再び自然長の位置までおもりを持ち上げ、そこで急に手を離したところ、 おもりはつりあいの位置を中心に上下に単振動をした。つりあいの位置でもおもりの速さを求めよ。 (3)ばねの最大の伸びはいくらか。 まず（2）から質問。回答では自然長とつりあいの位置で、力学的エネルギー保存の法則を使って mg×0 + 1/2m×0^2 + 1/2k×０^2 = mg(-a) + 1/2mv^2 + 1/2ka^2 となっていました。 この右辺は簡単に理解できます。つりあいの位置での全力学的エネルギーです。 しかし左辺、これは自然長つまりばねに物体を取り付けてない、図で言う一番左の状態の全力学的エネルギーですよね？ 右辺は物体を付けた状態の時のエネルギーなのに、左辺はそもそも物体を付けてない時の状態の力学的ねるぎーです（とはいっても０ですが。） これが解答である以上私が間違っているのですが、おかしいと思います。 つまり、力学的エネルギーの総量が一番左の図とつりあいの図では違うから、力学的エネルギー保存則が使えないと思ったのです。 それに、つりあいの位置での力学的エネルギーの総量が=0 なんてこれも理解しづらい。 物体もついているから負の位置エネルギーもあるだろうし、ばねの弾性力もあると思います。 なのに0と等しいなんてわかりません。 次、(3)の問題です。回答では ばねの最大の伸びをXとすると、最大の伸びのとき速さは0だから（わかる。） mg×0 + 1/2m×0^2 + 1/2k×0^2 = mg(-X) + 1/2m×0^2 +1/2kX^2 右辺はわかります。最大の伸びのときの全力学的エネルギーです。 しかしこれまた、左辺が自然長のときの全力学的エネルギーです（0ですが）。 （2）と同じで、自然長の時は物体を付けていないから、弾性力のエネルギーも、位置エネルギーもないので、このときと最大の伸びのときの力学的エネルギーが等しいなんて思えません。 （状況が違うから。） 最後になりましたが、長々としたのはかなり自分も考えましたが、分からない部分がはっきりつかめないので、しつこく書いてみました。 解決して次の問題に行きたいと思っていますので、物理に自身のある方、この問題が分かる方 誰か教えてくれる方はおられませんか。 よろしくお願いします。
- ベストアンサー
- 物理学
