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ボールの初期および最終速度MASを与えられた力グラフに最大変位をどのように見つけますか?

初期速度と最終速度、ボールの質量、およびグラフ自体のみを使用して、力グラフから最大変位を直接見つけることができません。その理由は次のとおりです。

フォースグラフがあなたに伝えるもの:

* 力と時間: フォースグラフは、時間の経過とともにオブジェクトに作用する力をプロットします。

* インパルス: 力時間曲線の下の領域は、オブジェクトの運動量の変化である衝動を表しています。

最大変位を見つけるために必要なもの:

* ワークエネルギー定理: 最大変位を見つけるには、力グラフをエネルギーの考慮事項に接続する必要があります。ワークエネルギー定理は、オブジェクトで行われた作業は運動エネルギーの変化に等しいと述べています。

* フォースからの作業: 作業は、変位に関する力の積分です(w =∫fdx)。

最大変位を見つけるための手順:

1。運動エネルギーの変化を計算:

*Δke=(1/2)MV_F²-(1/2)MV_I²(V_Fは最終速度、V_Iは初期速度、Mは質量)。

2。力曲線の下の領域を見つけます: この領域は、オブジェクトで行われた作業を表します。

3。作業を変位に関連付けます: 力を変位の関数(f(x))として表現できる場合、力を統合して行われた作業を見つけることができます。

* w =∫f(x)dx

4。運動エネルギーの作業と変化を等しくします:

*∫f(x)dx =(1/2)mv_f²-(1/2)mv_i²

課題:

* 変位の関数としての力: フォースグラフは通常、変位ではなく時間の関数として力を与えます。 F(x)を正しく統合するには、時間と変位の関係を知る必要があります。

* 一定の力: 力が一定の場合、グラフの下の領域は単に力x時間です。これを使用して行われた作業を計算し、そこから変位を見つけることができます。

例:

2 kgのボールに5秒間作用する10 Nの一定の力があるとしましょう。初期速度は0 m/sです。

1。運動エネルギーの変化:

*Δke=(1/2)(2 kg)(v_f²)-0 =(1/2)(2 kg)(v_f²)(v_f²)

2。完了:

* work =force x time =10 n x 5 s =50 j

3。運動エネルギーの作業と変化を等しくします:

* 50 j =(1/2)(2 kg)(v_f²)

* v_f =√50m/s

4。変位を見つける:

*力は一定であるため、加速も一定です。運動学方程式(v_f²=v_i² + 2asなど)を使用して、変位を見つけることができます。

キーポイント: 力時間グラフから最大変位を直接読み取ることはできません。作業エネルギー定理と、力、変位、および時間の関係に関する追加情報を使用する必要があります。

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