物理問題：125と127の解答理由と仕事率についての疑問
- 125の問題で、なぜ解答がｔによらないとしているのかが理解できません。
- 127の問題では、仕事率を平均の速さで表現する理由や外力の仕事率の意味について疑問があります。
- また、ジュール熱に関連するエネルギーの考慮について教えていただきたいです。
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入試物理の問題です
画像の125と127についてです。 http://ozcircle.net/_uploader/45450108 http://ozcircle.net/_uploader/45460849 http://ozcircle.net/_uploader/45470524 125 （4）で、ｔによらないとして解答しているのはなぜでしょうか。 落下速度一定→ｔによらない というのがわかりません。 http://ozcircle.net/_uploader/45460849 http://ozcircle.net/_uploader/45480642 127 （6）で、仕事率を平均の速さであらわしてもよいのでしょうか？ どのような理由から平均にしているのでしょうか。 また、外力の仕事率について、これは磁場からの力につり合わせる外力の仕事率の意味なのでしょうか？ ジュール熱に使われるエネルギーはどこに考慮されているのでしょうか？ 1つずつでもいいので よろしくお願いします！
- kojigtgt
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> 外力の仕事=ジュール熱＋電流と磁場の相互作用による力の仕事 これは、摩擦がある床の上で物体を等速で動かしたとき 外力の仕事 = -摩擦の仕事 = 摩擦による発熱 と同じようなものです。摩擦のした仕事は摩擦によって発生した熱量に変換されているのです。 つまり、電流と磁場の相互作用による力は電流を発生させるために使われ、それはそのままジュール熱に変換されます。 一番上の式はこれを2重に足し合わせているため間違っているのです。
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- rnakamra
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６についてなのですが 外力の仕事が回路がωで回転する運動エネルギーを生み出し その運動エネルギーにより誘導電力が生じた結果 ジュール熱となったと解釈し 外力の仕事=運動エネルギー=ジュール熱 ということであってますか？？ これは違う。運動エネルギーは関係ない。 この論法だと棒の質量(というよりも慣性モーメント)の値が影響するはずであるが、実際にはこれらの値は全く影響を与えない。 棒を回転させる→起電力が発生→電流が流れる→電流と磁場の相互作用で力が必要になる といった流れになります。 電流が小さい(抵抗が大きい)と力の大きさが小さくなり、抵抗での電力消費も小さくなります。抵抗が接続されていないならばそもそも電流が流れず、回転を持続させるため外から仕事を行う必要はなくなります。
- rnakamra
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>（4）で、ｔによらないとして解答しているのはなぜでしょうか。 これは言葉の問題。 数学的に言えば、tについての恒等式であるということ。つまり、どんなtであっても成り立つ、ということです。 at+b=c がtについての恒等式であればa=0,b=cとなる、ということです。 >（6）で、仕事率を平均の速さであらわしてもよいのでしょうか？ 本来なら微小領域に切り分けその部分に働く力の大きさと速さの積から仕事率を求め、それを足し合わせる必要があります。要するに積分計算が必要。 これは結果的には速度の平均値×全体の力、となりますが積分なしで証明できるのかな? > また、外力の仕事率について、これは磁場からの力につり合わせる外力の仕事率の意味なのでしょうか？ > ジュール熱に使われるエネルギーはどこに考慮されているのでしょうか？ これはどちらとも等しくなります。そうでないとエネルギー保存が成り立ちません。 つまり外力とつり合わせてはいるのですが、その外力を生み出す磁場に対してはなんら仕事をしないため、行った仕事は全て抵抗で消費されることとなります。もちろんここで言う抵抗とは外付けの抵抗と棒自体のもつ抵抗の両方を意味します。 実際に P=R*I^2+2*r*(I/2)^2 と計算しても同じ値が得られます。
お礼
ありがとうございます！ 理解できました ６についてなのですが 外力の仕事が回路がωで回転する運動エネルギーを生み出し その運動エネルギーにより誘導電力が生じた結果 ジュール熱となったと解釈し 外力の仕事=運動エネルギー=ジュール熱 ということであってますか？？
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