◆問題
第１問
図３のように、池一面に張った水平な氷の上で、そりが岸に接している。そりの上面は水平で、岸と同じ高さである。また、そりと氷の間には摩擦力がはたらかない。岸の上を水平左向きに滑ってきたブロックがそりに移り、その上を滑った。そりに対してブロックが動いている間、ブロックとそりの間には摩擦力がはたらき、その後、ブロックはそりに対して静止した。ブロックがそりの上を滑り始めてからそりの上で静止するまでの間の、運動量と力学的エネルギーについて述べた次の文章中の空欄[ 4 ]・[ 5 ]に入れる文として最も適当なものを、後の①～④のうちから１つずつ選べ。ただし、同じものを繰り返し選んでもよい。
そりが岸に固定されていて動けない場合は、[ 4 ]。そりが固定されておらず、氷の上を左に動くことができる場合は、[ 5 ]。
① ブロックとそりの運動量の総和も、ブロックとそりの力学的エネルギーの総和も保存する。
② ブロックとそりの運動量の総和は保存するが、ブロックとそりの力学的エネルギーの総和は保存しない。
③ ブロックとそりの運動量の総和は保存しないが、ブロックとそりの力学的エネルギーの総和は保存する。
④ ブロックとそりの運動量の総和も、ブロックとそりの力学的エネルギーの総和も保存しない。
解答はこのページ下に掲載します。
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◆解答
まず、ブロックとそりの間には摩擦力がはたらくので、そりが固定されていても、されていなくても力学的エネルギーは保存しません。
摩擦力によりブロックは仕事をされるので、その仕事の分だけ力学的エネルギーが減少する。ということができます。
そりが固定されていなければ、ブロックとそりの２つの物体の衝突と考えられるので、運動量は保存すると考えられます。
というわけで、解答は、
そりが岸に固定されていて動けない場合は、[④ ブロックとそりの運動量の総和も、ブロックとそりの力学的エネルギーの総和も保存しない]。そりが固定されておらず、氷の上を左に動くことができる場合は、[② ブロックとそりの運動量の総和は保存するが、ブロックとそりの力学的エネルギーの総和は保存しない]。
このようになります。
◆関連項目
力～エネルギー、力のモーメントなど
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