高校物理

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5分でわかる!単振動する物体にはたらく力の向き

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5分でわかる!単振動する物体にはたらく力の向き

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この動画の要点まとめ

ポイント

単振動の位置エネルギー

高校物理 運動と力88 ポイント2

これでわかる!
ポイントの解説授業
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鉛直ばね振り子における位置xでの運動方程式は、
ma=−kx
であり、この式から鉛直ばね振り子が単振動であると言えましたね。ここでは、 鉛直ばね振り子の位置エネルギー がどう表現されるかを考えていきましょう。

弾性力による位置エネルギーと同じように扱える!

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位置エネルギーは、重力や弾性力などの 保存力 が行った仕事として定義されるエネルギーです。重力による位置エネルギーはmgh、ばねの弾性力による位置エネルギーは(1/2) kx2でした。

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今回の鉛直ばね振り子で登場したkx[N]は、見た目は弾性力と同じ形です。よって、この力によって決まる位置エネルギーも
(1/2)kx2
で表されるのです。 ばねにはたらく力と見かけ上同じ形なので、位置エネルギーも同じように表すことができる ということをしっかりと覚えてください。

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ちなみに、鉛直ばね振り子の位置エネルギーは、重力の位置エネルギーと弾性力の位置エネルギーの2種類に分けて考えることもできます。これらを別々に扱って計算しても、最終的には鉛直ばね振り子の位置エネルギーは同じ (1/2)kx2 になります。

中心は「自然長」ではなく「つりあいの位置」

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ここで、よくみなさんが間違える点を注意しておきたいと思います。 鉛直ばね振り子の式のx は、自然長からの距離ではなく、 つりあいの位置から測った距離 である点です。

高校物理 運動と力88 ポイント2 クマさんのまとめ 空欄埋める

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位置エネルギーの基準点は、原点(つり合いの位置)となるのです。

Suzuki

この授業の先生

鈴木 誠治 先生

知識ゼロからでもわかるようにと、イラストや図をふんだんに使い、難解な物理を徹底的にわかりやすく解きほぐして伝える。

単振動する物体にはたらく力の向き
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