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例題集 / 機械 / 工業力学(V-A-3 力学) / 力と運動の法則
オートバイが速度$v$で曲率半径$r$のカーブを通過している.
このときオートバイは鉛直といくら内側に傾いているか.
$(1)$
水平方向のつり合い式を求めよ.
$(2)$
鉛直方向のつり合い式を求めよ.
$(3)$
遠心力$F$を記号で表せ.
$(4)$
角度$\theta$を求める式を導け.
$(5)$
$v=30\ \rm{km/h}$,$r=40\ \rm{m}$のとき,角度$\theta$を求めよ.
ただし,重力加速度は$9.81\ \rm{m/s^2}$とする.
%=image:/media/2015/01/22/142185786993955900.png:
解答例・解説
$(1)$
\[
R\cdot \sin\theta=F\]
\[
\therefore
F-R\cdot \sin\theta=0
\]
$(2)$
\[R\cdot \cos\theta =mg\]
\[
\therefore
-mg+R\cdot \cos\theta=0
\]
$(3)$
\[
F=m r \omega^2 = m r \left(\frac{v}{r} \right)^2=m\cdot \frac{v^2}{r}\]
\[
\therefore
F=m\cdot \frac{v^2}{r}
\]
$(4)$
\[
\frac{R\cdot \sin\theta}{R\cdot \cos\theta}=\tan\theta=\frac{m\cdot \frac{v^2}{r}}{mg}=\frac{v^2}{rg}\]
\[
\therefore
\theta=\tan^{-1}\left(\frac{v^2}{rg} \right)
\]
$(5)$
\[
\theta=\tan^{-1}\left\{\frac{\left(30\times 10^3 \times \frac{1}{3600}\,\rm{m/s} \right)^2}{40\,\rm{m}\times9.81\,\rm{m/s^2}} \right\}
=10.03^\circ\]
\[
\therefore
\theta=10.0^\circ
\]