物理の問題でわからないところがあります

質問

物理の慣性力に関する問題なのですが、まずは問題の設定を簡単に説明します

質量Mの物体(平面上で考えるので、正方形だと思ってください)の右上の角のところに滑車が取り付けられていて、この物体の上の質量m1の小物体1と、質量Mの物体の側面に質量m2の小物体2が滑車を通して糸で繋がれています。いま、質量Mの物体が左向きに加速度aで動き始めました。

こんな感じなんですが、慣性系から観察したら横にぶら下がってる小物体にはm2×aの慣性力が右向きに働いていますよね？

それは分かるのですが、問題は垂直抗力です。本当の問題文には「小物体2は物体に接した状態で、滑らかに上下運動するが、離れることはない」と書かれていました。

で、解いていって、間違えたので解説を読んだら、物体の側面からの垂直抗力Nと慣性力が

N+m2×a=0 と立式されていました。

解説図には垂直抗力は慣性力と同じく右向きの矢印で表されていました。

意味がわかりません。このまま考えると、垂直抗力は負になってしまいませんか？

負にならないとしたら慣性力+垂直抗力の力を同じ方向に受けて側面から離れてしまいそうだし、第一上の立式の意味もさっぱりわかりません。

こんな説明では意味が分からないのはこっちだ！(笑)と思われてしまうかもしれませんが、どなたか説明してください。

質問に理解ができないところがありましたら教えてください。

回答No.1

hitokotonusi · ベストアンサー

垂直抗力というから少しまずいので、もっと一般的に拘束力と書いておけば混乱は避けられたでしょうね。

Mの右側面に摩擦のない筒を取り付けてその中でm2が上下するような構造にしておけば、m2は筒の右の壁からも左の壁からも力を受けることができます。このような力なら垂直抗力でもかまいませんが、固定が他の方法であれば必ずしも垂直抗力ではないですね。

垂直抗力という言葉に拘泥せずに、広く拘束力の意味にとっておけばいいと思います。(だから負にもなりうる)

あとは符号の問題ですが、単に右向きを正にとるとすれば、加速度は負。
aを加速度の大きさとすれば加速度は符号付きで-aですから、静止系での運動方程式は

m2 (-a) = N

加速度-aの加速度系であれば、m2は静止しているので

N - m2 (-a) = N + m2 a = 0

お礼

すごい！頭の中がスッキリしました！！

拘束力ははじめて聞きましたが、そう考えるとスッキリです(笑)

ありがとうございました！！