物理問題解説

質問

公式も満足に使えないのに物理をとることになってしまいました文系です。
次の問題の解説をなるべく詳しくお願いします。

天井から糸で重りをつりさげ、さらにそのおもりの下に上と同じ糸をつける。
下の糸を急に強く引くと下の糸が切れ、糸を引く力をゆっくりと強くしていくと上の糸が切れる。
この事実を説明せよ。

回答No.1

sanori · ベストアンサー

こんにちは。

【急】
糸を引っ張るとき、引っ張った力は糸全体に瞬時に届くわけではありません。
糸を伝わる音の速さ（糸における音速）で伝わります。
ですから、急に引くと、近くのところが切れます。

【ゆっくり】
ゆっくり引くと、引っ張る力は上の糸と下の糸とで差がなくなります。
この場合、力がより多くかかるところが切れます。
上の糸にはおもりの力がかかっていますが、下の糸にはかかっていません。
下の糸にかかる力　＝　引っ張る力のみ
上の糸にかかる力　＝　引っ張る力　＋　おもりの力
ですから、上の糸が切れます。

トイレットペーパーで実験してみるとよいです。
急に引っ張ると、手元に近いところで切れます。

お礼

トイレでやってみましたところ、確かに急に引っ張ると近くで切れました。
分かりやすい例をありがとうございました！

回答No.2

foomufoomu

問題は、
－－－　天井
　｜　　糸
　●　　おもり
　｜　　糸
　↓　　引っ張り力

ということですね。
ゆっくり引くということは、加速度が小さい（０とみなせる）ということです。その場合は、
下の糸にかかる力＝引張り力
上の糸にかかる力＝下の糸にかかる力＋おもりにかかる重力
なので、上の糸が切れます。

速く引くと、加速度ａがかかるので、
下の糸にかかる力＝引張り力
上の糸にかかる力＝下の糸にかかる力＋おもりにかかる重力－おもりの質量＊ａ
慣性の法則により、おもりはその場にとどまろうとするので、それを動かすために余分な力が必要なわけです。
ａが十分大きくて、おもりの質量＊ａがおもりの重力より大きいと、上の糸にかかる力のほうが小さくなります。

なお、No.1回答にある、力が糸を伝わる速さは超音速になるはずで、それより速く引っ張らないと回答の状態にならないので、それは無理だと思います。

お礼

記号で図まで作って下さりありがとうございました。
なんとなく分かりました！