物理基礎:糸でつながれた物体の運動(滑車)

<ポイント>
・糸でつながれた物体は同じ加速度で運動する
・滑車を用いた場合、物体によって加速度の正の向きが異なる
それぞれの物体について運動方程式を立てる
「滑車を使って」糸でつながれた物体の運動を考えます。
糸でつながれた物体の運動(滑車)

図のように、なめらかにまわる滑車に軽い糸を通して、質量3.0kgの物体Aと質量4.0kgの物体Bが糸でつないで、手で支えます。その手を静かにはなしたとき、物体A,Bの加速度 a と糸にはたらく張力 T を考えます。重力加速度を9.8m/s2とする。

物体A,Bは運動する方向は違いますが、それぞれの物体の加速度は等しくなります。
(Aは上向きを、Bは下向きを正として考える)

糸にかかる張力の大きさT[N]は分かりませんが、それぞれの物体について運動方程式を立てて考えることができます。

運動方程式 [F]=m[a] より、

・物体Aについて
 3.0・a = T-3.0・9.8…① (右辺はAにかかる力の合力)

・物体Bについて
 4.0・a = 4.0・9.8-T…② (右辺はBにかかる力の合力)

この①、②を連立することによって、加速度 a と張力 T が分かります。

連立方程式を解いて、
a = 1.4[m/s2]、 T = 33.6 ≒ 34[N]

<補足>
滑車を使って、2つの物体をぶら下げている問題では、「質量の大きい物体の方向が、加速度の正の向き」として考えると分かりやすいです。
<まとめ>
・糸でつながれた物体は同じ加速度で運動する
・滑車を用いた場合、物体によって加速度の正の向きが異なる
それぞれの物体について運動方程式を立てる

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

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