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坂から円盤を転がすと、回転速度と移動速度は?
2023/10/14 19:29
- 坂から円盤を転がした時の回転速度と移動速度を求めたい。
- 式がわからず困っているので、教えていただきたい。
- 質問してすみませんが、お願いできますでしょうか。
坂から円盤を転がしたら
2006/12/01 17:25
よろしくお願いします。
坂から円盤(タイヤのようなもの)を転がしたら。
平坦部着地時点の円盤の「回転速度」及び「円盤そのものの移動速度」は
いくつになるでしょうか。
どうにも私の頭では式を立てられず、困っています。
よろしくお願いします。
何度も質問申し訳ございません。
すべりを考えた場合の式がわかりません。
どなたか、教えてください。
お願いします。
回答 (2件中 1~2件目)
高さh=Hのところから、半径r・質量m・慣性モーメントIの円盤が転がり落ちる場合を考えます。あくまでも滑りは発生しないと仮定します。ここで、h=0での円盤の「回転速度ω」及び「移動速度v」を求めます。
エネルギー保存則より、以下が成り立ちます。
(mv^2/2)+(Iω^2/2)=mgH ・・・・・(1)
また、円盤が転がることから、
v=rω ・・・・・(2)
となるので、(1)に(2)を代入して、ωについて解くと、
ω=√{2mgH/(I+mr^2)} ・・・・・(3)
(3)を(2)に代入して、
v=r・√{2mgH/(I+mr^2)} ・・・・・(4)
いかがでしょうか?
摩擦係数によって円盤が滑るか転がるかが決まるので、厳密には違うとは思うのですが、とにかく滑りはないとすれば、l=H/sinθ として、
(mv^2/2)+(Iω^2/2)+μmgcosӨ・l=mgH
で良いのではないかと思います。
但し、あくまでも滑りはないという仮定の下ですので、実験等で確認された方が良いと思います。
補足
2006/12/02 08:35
ありがとうございます。助かりました。
位置エネルギーは、速度エネルギーと、回転エネルギーになるのですね。
ここに,転がり抵抗R:mgcosӨ,坂の傾斜部分の長さ:lを考慮したら
(mv^2/2)+(Iω^2/2)+mgcosӨl=mgH
という式なのでしょうか。
重ねての質問ですが、お願いします。
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基本は坂の斜面を滑り落ちる物体と同じ振る舞いで良いでしょう。
昔理科の時間に習ったアレです。
その際の摩擦係数は転がり抵抗になります。坂の表面、円盤の表面により適宜設定して下さい。それぞれが硬ければ硬いほどμはゼロに近くなります。
加速度aは重力加速度gにして円盤そのものの速度が出れば、回転速度はおのずと出ますね。
では
お礼
2006/12/02 07:57
早速のお答え、ありがとうございます。感謝します。
お礼
2006/12/04 09:19
ありがとうございました。大変助かりました。