例題集

糸で結ばれた2物体の直線運動

知識・記憶レベル   難易度:
滑らかで水平な面の上に,二つの物体AとBが質量の無視できる糸で結ばれて置かれている。物体Aを糸に沿って力${F_0}$で引っ張った。それぞれの質量を${m_A},{m_B}$とし,それぞれの物体の加速度の大きさ${a_A},{a_B}$を求めよ。またAとBとを結ぶ糸の張力の大きさ$T$を求めよ。
糸の伸び縮みや弛みがないから、張力の大きさ${T_A} = {T_B} = T$として, ${m_A},{m_B}$各々に関する運動方程式より, % \begin{align} {F_0} - T &= {m_A}{a_A} \quad  …[1] \\ T &= {m_B}{a_B} \quad  …[2] \\ \end{align} % 従って,[1]式+[2]式より, \[ {F_0} = {m_A}{a_A} + {m_B}{a_B} \] 糸の伸び縮みや弛みがないとして,加速度の大きさ${a_A} = {a_B}$であるから, \[ {F_0} = {m_A}{a_A} + {m_B}{a_A} = {a_A}\left( {{m_A} + {m_B}} \right) \] 従って, \[ ∴{a_A} = \frac{{{F_0}}}{{{m_A} + {m_B}}},\quad {a_B} = \frac{{{F_0}}}{{{m_A} + {m_B}}} \] また,張力の大きさは[2]式より, \[ ∴T = {m_B}{a_B} = \frac{{{m_B}}}{{{m_A} + {m_B}}}{F_0} \] となる。 【参考】糸の伸び縮みや弛みがないとして,${m_A},{m_B}$が一体としての運動方程式$\left( {{F_0} = \left( {{m_A} + {m_B}} \right)a} \right)$と,${m_A},{m_B}$の何れか一方の運動方程式からでも導出可能 %=image:/media/2014/01/27/139078774566156500.png: