高校物理質問スレpart39

まずは>>1をよく読みましょう

・高校物理以外の質問はお断り
・質問する前に教科書や参考書をよく読みましょう。
・質問者は何が分からないのか、どこまで考えたのかを明記しましょう。
　問題の丸投げはダメです。丸投げに答えるのもダメ。ヒントを示す程度に留めましょう。
・質問者はあらゆる回答者に敬意を表しましょう。
　質問に対する返答には、何かしらの返答を。（荒らしはスルーでおながい）
・回答者がわかるように問題を書くようにしましょう。
　問題の写し間違いに気をつけましょう。
　問題の途中だけとか説明なく習慣的でない記号を使うとかはやめてね。

■書き方
・数式の例　（ちょっとした疑問や質問スレのテンプレも参考に）
　ベキ乗　x^2
　平方根　√(a+b)
　分数式　((x+1)/(x+2))
　三角関数　sin(θ)
・図
　図が必要な場合、画像としてupするか、文字で書くことになります。
　文字で書く場合は、ずれに注意してください。
　MSPゴシックで表示できるエディタや2ch専用ブラウザを使いましょう。
　また、連続する半角空白は単一の空白として表示されるので注意。


前スレ
高校物理質問スレpart38
https://rio2016.5ch.net/test/read.cgi/sci/1578728461/

・ wolframalpha
http://www.wolframalpha.com/
使用例：
x^2 - x + 1 = 0
(d/dx)(1/x^12 - 1/x^6) = 0
a(n+2) = a(n+1) + a(n)
integrate x = 0 to infinity, x^n * exp(-x)

・ MS 標準の電卓
[Windows] + R -> "calc.exe" で実行。

■よく使うギリシア文字と対応するラテン文字
　α (a, A) : アルファ (alpha)
　β, Β (b, B) : ベータ (beta)
　γ, Γ (c, g, C, G) : ガンマ (gamma)
　δ, Δ (d, D) : デルタ (delta)
　ε (e) : イプシロン (epsilon)
　φ, Φ (f, p, F, P) : ファイ (phi)
　χ (c, k, x) : カイ、キー (chi)
　κ (k) : カッパ (kappa)
　λ, Λ (l, L) : ラムダ (lambda)
　ω. Ω (o, O) : オメガ (omega)
　π, Π (p, P) : パイ (pi)
　ψ, Ψ (p, P) : プサイ、プシー (psi)
　ρ (r) : ロー (rho)
　σ, Σ (s, S) : シグマ (sigma)
　τ (t) : タウ (tau)
　θ, Θ (t, T) : シータ、テータ (theta)
　ξ (x) : グザイ、クシー (xi)
　η, Η (e, y, E, Y) : イータ、エータ (eta)
　ζ (z) : ゼータ、ツェータ (zeta)

乙

x方向の力を求めるのに、x方向の積分をしてはイケナイ！
と連呼している天才さんを目撃しました。

(１)磁石
(２)そもそも積分なんて、単なる騎乗の操作、いわば脳内にしか存在しないような
演算行為に過ぎません。
x方向だろうがy方向だろうがナナメ方向だろうが円積分だろうが、体積積分だろうが、
何やらかそうがまったくの自由なはずです。適切でない積分路採用したら値が求まらない
だけでしょうに。

一体どういった根拠の元に制限されなきゃあかんのでしょう？

まず何の積分か言いなさい

https://timefetcher.blogspot.com/2020/03/blog-post.html

高校物理でシェアが1番大きい教科書は？

>>6
それがわてにもよおわかりまへねやw
教えて！○っ○っ○センセエ！！

ラグランジュの最小作用の原理って、迷路を解くような事なのでしょうか？

>>10
謎だし
高校範囲じゃないし

何が迷路だ？

モノマネします。

めいろちゃ〜ん！

量子ウォーク？

皆さんは>>10のように馬鹿丸出しな質問しないでくださいね

教えて下さい
台車が10m/s^2の加速度で動いてます。
台車のうえには球がのっています。
台車の加速度が10m/s^2から5m/s^2になったとき
台車のうえの球は前方に転がりますか？
(転がり摩擦とか空気抵抗とか無視で)
https://i.imgur.com/YceShYB.jpg

ブレーキ（加速度が逆向き）掛けなきゃ
前には転がらない

ありがとございます。
ブレーキをしない限り球は前には転がらないとのことですが
次の動画では理論とは違うことが起きているように見えます
3分30秒くらいから戦闘機が空母から発艦するシーンがいくつか登場します。
カタパルトの加速から解き放たれた瞬間にパイロットのヘルメットや酸素マスクのホースが前方向に動いています。
(減速時の慣性の働きによる運動と似ています)
発艦離陸直後に加速度が逆向きになっている(ブレーキをかけている)なら納得できますが
恐らく発艦射出後はずっと加速していると思います。
それなのになぜヘルメットなどは前方向に大きく動くのでしょうか

https://youtu.be/WGh5N41WKhY

何かしら無視できない要因があるんだろうな
そういった現実の問題は運輸とか航空とかの板で聞いて

>>17
>ブレーキ（加速度が逆向き）掛けなきゃ
前には転がらない

ということはまっ平らな台車のうえに球があって
台車が5m/s^2から10m/s^2に加速しても
球は後ろには転がらないということでしょうか？

>>16の図みたいに後ろに支えがある場合は転がらない
完全にまっ平らで摩擦が無いなら台車が加速度運動する時点で転がる

>>21
では台車が10m/s^2になるまでは球の後ろに支えを付けて
10m/s^2になったら支えを取り除く装置を台車に取り付けたとします。
支えを取り除いても球はその位置で動かないと思います(多分です予想でしゃべってます)
その状態から台車の加速度が5m/s^2になったときも15m/s^2になったときも
理論的には球はその場から動かないということでいいですか？

支えが球に力を加えることで球と台車は同じ加速度の運動をしている
台車に加速度があるならば支えを取り除いた時点で
球は速度を維持するから台車に対して転がる
10のままでも5でも15でも転がる

>>23

>>17さんの主張は誤っているということでしょうか

台車が10から5になったら球は前に転がる
台車が10から15になったら球は後ろに転がる
(ここまで予想でしゃべっです)
では、台車が加速度一定のまま支えを取り除いたとき球は前と後ろのどちらに転がるんでしょうか？

>>16の図のように後ろに支えがあれば>>17
支えを外すなら>>23

5でも10でも15でも支えが無いなら
球は慣性で同じ速度で台車は前に加速するから
球は台車に対して後ろに転がる

>>25
お詳しそうなので>>18の動画のパイロットが前のめりになる現象は
どんな作用が働いてると考えられそうか教えてもらえますか
予想でも構いませんので

>>19に書いたように詳しくないので予想だが
（現実的な話はその分野の専門の人に聞いた方がいい）

どういうモデルで考えるかで状況が変わる
>>16は小球を剛体（変形しない物体）と考えるのが普通だから
>>17のような解答になる
>>18の場合実際には人の体やホースは弾性体に近い変形をするので
加速度が小さくなれば慣性力と弾性力の釣り合いの位置が少し前に変わる
で　前にずれる

上昇するエレベーターが減速するとき
床に置いた荷物は動かないがバネで吊るしたおもりは振動するようなもん

>>24
> 台車が10から5になったら球は前に転がる
> 台車が10から15になったら球は後ろに転がる
> (ここまで予想でしゃべっです)
> では、台車が加速度一定のまま支えを取り除いたとき球は前と後ろのどちらに転がるんでしょうか？
台車が正の加速度を持っている限り支えを取り除いたら球は台車からみて後ろに転がる（球は加速しなくなるんだから台車に置いてけぼりを食らう）
台車の加速度が10から5になった場合でも支えを取り除いたら台車からみて後ろに転がる

>>27
弾性体、非弾性体で挙動が変わるということで納得が出来たような気がします。
台車加速度が10から5になっても球は後ろに転がるんですね
いろいろ勉強になりましたありがとうございます

回答者の思い込みを利用する引っかけ問題だな

金沢大2012年物理の大問5（１）を教えていただきたく。
各物体の運動方程式を立てても、１つの物体として解いても答えが「ｇ/5」になります。
正しくは「ｇ/8」のようなので何かを勘違いしているのだと思うのですが・・・。
https://shotosha.com/medical-school/kako/kanazawa-u-kako#242012

AとBだけで式を立ててるとかのオチだと思うが
（CとDも加速してるから当然その分力を食ってる）
神様じゃないんで立てた式見ないと誤りを指摘できんぞ

>>31
スマホで問題読んで式たてたけ、g/8ですね。
糸をまっすぐ伸ばして考えてあげると
左に2mg右にmg、全体の質量8m
以上！

AとBの一体を指で押さえている間は左に2mg、右にmgで引っ張られているけど指を離して運動を始めたらそうじゃないんだよね
例えばDにかかる力を考えて見ればわかる

皆様回答ありがとうございました。
理解することができました。

球面質y

ttps://www.youtube.com/watch?v=nYhaL_TlxIk
波を表す式についての説明で12:15の所で
y = Asin(2π/T)t
これをx/v遅らせてるのだから(t-(x/v))とするそうなのです。

12:15の所で「tに足してはいけないよね」と言っています。
なぜ足すのではなくて引くのでしょうか？

どうかよろしくおねがいします。

>>37
>これをx/v遅らせてるのだから(t-(x/v))とする

(時間を)遅らせるの物理・数学的意味がわかってないないだけ
昼飯を１時間遅らせると同じだ、１時間後に同じ波の位相にするということ。

>>38
ytグラフで分かってるつもりではいるのですが、なぜマイナスなのか…
動画ではx/v秒後から波が始まっています。
そもそも波の式が表しているのはなんなのか。
波の形？波長の長さや振幅や周期？
y=として書くのだからyの正体が波の方程式の意味ですよね…

y座標？何かいろいろな図が出てきてしまうと何のときのy座標かわからなくなりますね。
単振動におけるyのx，t座標？
円運動におけるxyグラフのyのx,t座標？

複雑すぎて

>>39
>波の式が表しているのはなんなのか。

波動の物理は、波動現象一般を論じるから特定の物理量に限定されない（実数値）。
一般的に波の値とは基準値からの変位で、位置の変位、圧力の変位、電位の変位などの物理量。

y軸が変位ならば一般的に位置と時間の関数y=f(x,t)
>y = Asin(2π/T)t
の意味はｘ定数（例えばx=0）時間ｔが変数、変位ｙの正弦波
y=f(x-ct) ならば位置ｘ方向に一定速度ｃで進む変位ｙの波動になる。

つまり、波動の物理が習得できれば音波、電磁波だけでなく量子力学（波動関数）まで応用可能だ。

波がx軸正方向に進んでいるものとして、
位置x、時刻tで観測される波は位置x=0、時刻t-x/cで観測されたもの同じはずだ、というのが本質

質問者はともかく、回答はわかってる人だけがするべきだ

cではなくvだったね
失敬

波動の物理がダメな人は現代物理学に進めないから、理工系大学入試では必ず出題される
もし出題しない理工系大学が有れば底辺

>>42
波の形は同じということは最後の(t - (x/v) )の式部分には波の形を変更する力はないのですよね？
形は振幅Aと周期Tによってのみ決められているのですか？

変位yを表す式…y-xグラフにおけるx=0の変位yの式はAsin(2π/T)tで
x=x(原点も含むどこか)である変位yの式はAsin(2π/T)(t- (x/v))ということ？？？
x=xとか書いていてわからなくなりますね。

原点での単振動の式
任意点での単振動の式

そういう違いですよね？
t-(x/v)の意味には原点で単振動が始まってるとき、まだ単振動が始まっていない意味を含んでるのですか？
それとも原点ではy=0から単振動が始まってるが、任意点観測の時は単振動の開始位置が違うことを表してるのですか？

逆にy-xグラフ原点における変位yの式はどうしてAsin(2π/T)tで表せるのでしょうか？

ようやくわかりました。
Asin(2π/T)(t- (x/v))
これのsin以降は全てsinが取る値なのですね…
θ=ωtですからつまりはx秒後がt-(x/v)というのはωtの角速度を変えずに動径を減らしたいということですね。

3月の宿題で(1)のみ正解の数弱@shukudai_sujaku

昨年度の大学への数学(大数)での勝率は、

学コンBコースが 1/1 = 100% ，

宿題が 3/10 = 30% でした！

宿題の勝率が低すぎると思うので、

これからは一層精進していきたいです！

https://twitter.com/shukudai_sujaku
https://twitter.com/5chan_nel (5ch newer account)

あぼーん

進行波は時刻と位置は同格だから
右進行波ならば
ｙ＝Asin(ωｔ−ｋｘ)と表すのが正統である。
ここでω＝２πｆ、ｋ＝２π／λである。

速度は、同じｙであるための条件ωｔ−ｋｘ＝一定として微分し
ωｄｔーｋｄｘ＝０より、ｖ＝ｄｘ／ｄｔ＝ω／ｋ＝ｆλ

左進行波ならば
ｙ＝Asin(ωｔ＋ｋｘ)である。

くっくっく

ｙ＝Asin(ωｔ−ｋｘ)
なぜこれが右進行波なのか。それは
ｔが増えた後も同じｙであるためにはｘも増えないとダメだからだ。
つまり、同じｙであるための視点がｘ軸右方向に移動していくから
右進行波というのである。

左進行波は、ｔが増えた後も同じｙであるためにはｘが減らないとダメであり、
同じｙであるための視点がｘ軸左方向に移動していくから
左進行波というのである。

こういう基本的なことを教科書にまるっきり書いていないからな。
アホばっかが教科書を書いておる。

くっくっく

>>47
というわけで、
ワシの書いてやったとおり考え直せ。

くっくっく

流石に高校に構うのは有害だからやめろや

高校→高校生

簡単な質問だと大量にレスが来る現象

簡潔な物理概念ほど偉大ということ
一般の波動現象は波動方程式に還元されるが、高校では線形偏微分方程式は習わない。
肝は、波動（変位）の重ね合わせの原理が成り立ち、速度一定で進行方向が互いに逆の波の和で記述される。
特に正弦波の理解が重要なのは、一般の波形が多数の正弦波の重ね合わせ（和）で記述され
物理解析できるからだ。（フーリエ級数）
つまり現代物理学、情報通信工学を学ぶためには必須ということになる
以上を理解できた優秀な高校生は日本の科学技術分野のリーダーとなるだろう。

>>56
残念ながら、もう日本の若造には
難しいことを理解する根気も能力もない。
本当にアホザルしかおらん。

昔に比べて半分以下の人数になってるから
競争も大したことがなく、優秀なヤツがほとんど出てこん。

だからワシはとっくに米株投資に切り替えておるわ。
今下落基調だから買い増しがはかどって結構結構。
下がってるときにこそ買うのが株である。
日本株は完全にウンコだがな。

くっくっく

>>47
進行波の基礎も教えてもらえずに
こういうアホなことを書くレベルだからな。

少子化でアホばっか、教える教師もゆとりでアホばっか。
こんな日本の株なんて買うヤツも極めてアホだわ。

くっくっく

こういう老人にだけはなりたくない

右進行波ｙ＝Asin(ωｔ−ｋｘ)

時刻ｔで見ても正弦波、位置ｘで見ても正弦波。
ただしこの形ならｘについてはｓｉｎをひっくり返したものになる。
それがイヤならｙ＝Asin(ｋｘーωｔ)でもよい。本質的は一緒だ。

まず、この当たり前だが偉大な事実に気づけよ。
これがいわゆる波動なんだよ波動。

そして同じｙであるためには
ｔの経過とともにｘを増大させる必要がある、すなわち
視点をx軸正方向にずらしていくことになるゆえ
右に進行しているように見える。だから右進行波なんだよ。

こういう重要かつ簡単なことを
どうしてはっきりと教科書に書かないのか。
それはこの世が実にアホザルばっかだからだ。

くっくっく

>>61
おまえは妄想キチガイだから精神病院で治してもらえ

3月の宿題で(1)のみ正解の数弱@shukudai_sujaku

昨年度の大学への数学(大数)での勝率は、

学コンBコースが 1/1 = 100% ，

宿題が 3/10 = 30% でした！

宿題の勝率が低すぎると思うので、

これからは一層精進していきたいです！

https://twitter.com/shukudai_sujaku
https://twitter.com/5chan_nel (5ch newer account)

>>56 ＝アホ連呼説教爺さん
>>57 ＝くっくっく(＋ウンコつき)

ナイス・ペア

位置x
時間t
位相β

β=a(x,t)とする。

波動の進行方向とは、
tが増加するとき
�@β=一定にするxどのように動くか？
�Ax固定で考えたときβは右のβになるのか左のβになるのか？
どちらかで考えれば良い。

β=a(kx±ωt)とするとプラスの場合左に進み、マイナスの場合右に進む。
物理と言うより論理の問題。

ttps://www.youtube.com/watch?v=MczjFlKiG6U
練習（3）15:00くらいから
おもりの質量を4倍にした時におんさの振動数が変わらないのは何故でしょう？
音叉なんだから変わらないのは当たり前のような気もしますが、普通は弦の張力を上げれば振動数が変わって音の高さも変わりますよね？

距離あたりの腹の数は速さでなく、波長の長さで決まるものと思っていました。
アドバイス頂けませんでしょうか。

音叉を4つ並べても音は変わらない

>>68
うーん。
1.弦側の張力が変わっても、変わるのは速さと波長だけ
2.おんさにかかる張力が4倍になってもおんさは何の影響もうけない。発生元に影響ないから振動数にも変化なし
ということですか？

固有振動と共振をごっちゃにしてるだろ

弦を弾いて振動させたときの固有振動は弦の張力線密度長さで決まるから
これらの条件に応じて変わる（基本振動（弦を弾いた音の高さ）も変わる）
この問題の場合は音叉が発信源で音叉の振動数と弦の固有振動数のどれかが一致すると
共振して大きく弦が振動する　音叉の振動数に弦が合うか合わないかって話で
音叉を変えてないんだから共振する振動数は変わらんわけ

>>70
定常波における速さってなんでしょうね？
振動数は1秒間に何回振動するかですよね？
ロープを伝わる正弦波なら1秒間に進む波の距離ですよね？

定常波って進まないですよね？

定常波は正方向と負方向に同じ速さ・振幅で進む波の重ね合わせ

同波長も加え入れろ

弦の固有振動数は
v = (√(T/ρ)) * (n / (2l))ですよね？
今回は張力を変えてしまっていますが、
ttps://www.youtube.com/watch?v=exlG4O96Po8
これを見てて思いましたが、基本振動、2倍振動、3倍振動となっていく過程では
T , ρ , l は変化ないままでnだけが2倍3倍になってそれを固有振動数としてvに返してるんですよね

今回は張力Tを変えたが、vは振動数として音叉と共振するんだから変化ないんですよね？
だからnだけが変わったと思っていていいいでしょうか？
変わったのは張力と波長の長さだけ。

vは速さであって振動数ではないような気もしますが、振動数って1秒間の振動ですから速さ変えたら振動数変わりますよね？
書いていてわからなくなるレベルです。

弦を伝わる横波の速さがv =√(T/ρ)で
ｎ倍振動の波長がλ=2l/ｎで
固有振動数ｆ= (√(T/ρ)) * (n / (2l))だぞ

共振する振動数ｆが不変で
伝わる速さが2倍　だから波長が元の2倍を満たすｎで
共振する

>>75
本当ですね。波の速さと振動数はやっぱり違うものでした。
公式もあれこれが混ざってました。
やっと納得できました。
ありがとうございました。

血圧の単位をふと眺めていたらmmHgといった単位でした。そこで2点疑問に思ったことがありますので質問致します。

質問�@
120mmHgであれば水銀を120mmの高さまであげられる圧力だそうです。当然断面積によっても変わってくると思いますが断面積は何の値を使っているのか調べても出てきません。物理学的に推定出来ますでしょうか？

質問�A
逆立ちをした状態で血圧を測定するとどのような結果となりますでしょうか？
当然、ポンプ(心臓)の位置が現在より下がることになりますが、物理学的にはどんな結果が想定されますか？

以上、2点宜しくお願い致します。

高校物理範囲(力学)の回答で結構です。

�@ 面積には依存しないのです

水銀柱の高さをh、密度をρ、面積をS、大気圧をP、重力加速度をgとしましょう

P=ρShg/S=ρhgとなり、Sは現れないことがわかります


�A多分ですけどやっぱり高くなるんじゃないですかね？
血が下の方に溜まってきそうです

圧力は単位面積あたりにかかる力です
血圧はポンプである心臓の高さで計測します

>>79
回答ありがとうございます。速くて驚きました！
水銀柱で考えれば良かったんですね！なるほどSは圧力の計算過程で打ち消されるんですね。私は何となくmmHg/Sみたいな感じをイメージしてました。

今測って見ましたところ、
通常時122
逆立ち時140
確かに上がりました。ポンプアップする高さが増えたので血圧が上がった･･･と推定するのが自然ですかね。

高校物理はもう10年以上前に学んでそれっきしですが、割と日常生活においてと、現象を考察する上で役に立っています。
学生の頃はあまり考えませんでしたが、ぜひ楽しく学んで欲しいと考えます。

速度の合成はどのように行えばよいでしょうか？

>>83
あなたちょっとした物理の質問でも質問していましたか？

速度の合成は足し算すれば良いですね

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/denryu4.html

直列は電圧を分け合い、並列は電流を分け合うそうですが、電圧を分け合うというイメージがわきません。
直列の抵抗の前後の電流に違いがないのは、手前の抵抗で電流が止まればその先でも止まってしまい全体で同じ電流になってしまうからみたいなのを水に例えて教わりました。

ですが電圧は分け合うも何も直列の場合は流れがある以上、前と後ろでは同時に分配することもできないのではないですか？
高校物理よりも下のレベルかもしれませんが、どういうイメージで考えればいいのか教えてください。

水流で喩えると（あくまでざっくりした比喩）
電圧は高低差　電流は水流の量　抵抗は流路の流れにくくなってる部分
電池は汲み上げるポンプで電池電圧は汲み上げる高さ

並列は分岐前と分かれた各水量の和と合流後の水量が同じということ
つまり電流を分ける
直列は電池で汲み上げた高さと各抵抗で下がる高低差の和が同じ
要は回路を１周して戻れば同じ高さになるということ
言ってみりゃ電圧を分ける

>>86
ありがとうございます。
電池から4.0[V]で押し出された電圧が２つの抵抗R_1=2.5[V]とR_2=1.5[V]を一旦登る？
つまり抵抗R_1の中で電圧が一旦上がってるのですか？
R_1抵抗後は4.0[V]に戻ってるのでしょうか？
R_2抵抗後は。

そうなると何故直列だと電圧が元に戻るのでしょう？
高低差と勢いで考えると登るために電圧を消費するみたいに考えてしまいます。
勢いという考えは捨てたほうが良さそうですね。

>>87
「電圧」とは正確には2点間の電位差のこと、抵抗両端a,bの電位差Va-Vb
位置エネルギーの差と同様に、4-0[V]の電位差は (4-1.5) + (1.5-0) の抵抗位置に分割できる。

>>88
ありがとうございます。
そうなると4.0[V]で出発してR_1の抵抗後に1.5[V]になってしまいませんか？
4.0[V]で出発して2つの抵抗の後に0[V]になるわけではありませんよね？

抵抗を過ぎたあとの電圧はやはり4.0[V]なのでは？
この辺がよくわからないんですよね。
何故直列の電圧計算が
合成抵抗 = 抵抗_1 + 抵抗_2
になるのか。並列はどこでも電圧は一定だと言いますし。

数値の後の単位をいちいち括弧で括るな

>>89
二つを超えたら0でしょ
で、電源で4 まで持ち上げる

>>91
そうだったのですか。
電圧を分け合うというのは抵抗物、導線全てで分け合って最後は電圧0になって戻るということだったのですね。
抵抗の前後に電圧計をつなぐ実験動画などがあればとてもわかりやすかったのですが、
文字だけで読んでいたらなんだか勘違いしてしまっていました。

>>90
教育の欠陥の被害者だから

>>83
高校物理スレじゃ>>84になるな
相対論の話なら紛らわしくすんな

>>93
アホか
変数などと明確に区別するため[]で単位をくくるのは電気工学系では常識。

電磁気系は単位・べき乗数がやたらと多い

>>95
例えば電気学会なんかの論文でも括弧使ってないけど
どこのコミュニティの常識？

高卒爺さんの常識

基本単位だけとか学会員の狭い共通認識と、一般社会人・学生は違うのだよ
単位が多いほど一般人は誰でも区別できる表記がベスト。

4πεa の単位が何か判るか？

>>99
訓練途中の高校生や大学生に正しい表記を学ばせることを否定する理由になってないけど