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物理の問題がわかりません。

質量2.0kgの物体が地上から4.0mの高さにある。次の位置を基準点にした時、重力による 位置エネルギーを求めなさい。ただし、重力加速度の大きさを9.8m/s2とする。 (1)地上 (2)地上から10m上の位置。 (3)地下5mの位置。

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  • 物理学
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  • OMTOMC
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位置エネルギーは物体をある場所に持っていくことで、その物体の潜在的なエネルギーを増加します。 たとえば、ボールをガラスの上に置いておきましょう。 そのままでは何も起こりませんが、ボールをある高さまで持っていき、落とすとガラスが割れます。それはガラスを割るだけのエネルギーがある高さまで持ち上げることによって増加したのです。 さて、位置エネルギーはNo1さんがおっしゃられているように E=mghで表されます。 Eはエネルギー(J)、mは物体の質量(kg)、gは重力加速度(m/s^2)、hは高さ(m)とされています この式の大事なところは質量と重力加速度は変わらないということです。 (1)は地上を基準としています。問題文によると物体は地上から4.0mの高さにあると書いています。なので式に当てはめると 2.0kg×9.8m/s^2×4.0m=78.4Jとなります。 次に(2)では基準が地上から10m上の位置となっています。これはどういうことかというとあなたのいる位置が地上から10m上に変わってしまったということです。あなたは地上から10m上に居るのですから物体はどこにあるかというとあなたがいるところから6m下ですよね。 高さは基準としたところからの距離なので物体の高さは基準から-6mとなります。 これを式に当てはめると 2.0kg×9.8m/s^2×(-6.0m)=-117.6Jとなります。 最後に(3)ですが(2)と同様にあなたがいる場所が地下5mで物体はそこから見てどのくらい上にいるかというと9.0m上にあります。 これを式に当てはめると 2.0kg×9.8m/s^2×9.0m=176.4Jとなります。

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重力による位置エネルギーは、mghで表されます。 ここで、 m=2.0kg g=9.8m/s^2 が与えられています。 問題はhですが、これは基準点と物体の位置との高さの差です。 物体の位置が基準点より上方にあれば位置エネルギーは正の値ですが、 下方にあれば当然負の値をとります。 それぞれの場合のhの値に付いては、質問者さん自身がお考え下さい。

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