力学

【演習】弾性力による位置エネルギー

物理基礎【力学】第28講『弾性力による位置エネルギー』の講義内容に関連する演習問題です。 講義編を未読の方は問題を解く前にご一読ください。

弾性力による位置エネルギー位置エネルギーと聞くと,「高いところにある物体がもつエネルギー」を思い浮かべると思います。しかし実は位置エネルギーというのはもっと広い意味で使われる用語なのです。...
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問題

[Level.1]
ばね定数60N/mのばねが自然の長さから10cm縮んでいるとき,弾性力による位置エネルギーは何Jか。 また,そこからさらに10cm縮めると何Jになるか。

[Level.2]
自然の長さL0,ばね定数kのばねを伸ばして全長をLとした。 この状態での弾性力による位置エネルギーはいくらか。

[Level.3]
自然長が等しく,同じばね定数をもつ2つのばねを直列につなげたものをA,並列につなげたものをBとする(下図参照)。 A,Bともに一端を壁に固定し,もう一端を同じ大きさの力で引っ張る。このとき,A,Bの弾性力による位置エネルギーUA,UBの大小関係として正しいものはどれか。
(ア)UA UB  (イ)UA UB  (ウ)UA UB

この下に答えを載せていますが,まずは自力で考えてみましょう。


答え

[Level.1]
0.30J,1.2J

[Level.2]
 \frac{1}{2}k(L-L_0)^2

[Level.3]
(ア)

(※ 解説は現在準備中。)