FR車の加速

後輪駆動車の単純化モデルについて,その加速の問題。
【問題】(大学レベル?)
図のように直方体を斜めに半分にした形状の後輪駆動車がある。質量をM,車輪の質量は無視でき,密度は一様であるものとする。また,タイヤと路面の間の静止摩擦係数を \mu とし,前輪と路面との摩擦は無視できるものとする。重力加速度の大きさを g として次の各問いに答えよ。

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(1) エンジンの能力が十分であるとするとき,得られる最大加速度を求めよ。

(2) 最大加速を実現するとき,前輪が浮かないための \mu の条件を求めよ。

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ボビン・バランス

以前から,お気に入りの問題。ボビン(糸巻き)の糸を斜め上方に引くときのバランス。
【問題】
半径 r の円筒と半径 2r の円板から構成された質量 M のボビン(糸巻き)がある。円筒に巻きつけた糸を図のように斜め上方に適度の力で引くと,ボビンはある角度で安定して静止する。重力加速度の大きさを g とする。

(1) 安定する糸の角度を求めよ。

(2) 安定がすべることなく成立するための,ボビンと床の間の静止摩擦係数と糸の張力の関係を求めよ。

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半円筒に立てかけた棒

よくみかける問題。
【問題】
図のように,半径 r の円筒に長さ 2r,質量 M の一様な棒が水平な床面との角度 \theta で立てかけられている。円筒面はなめらかで,床面と棒との間の静止摩擦係数は \mu である。また,重力加速度の大きさを g とする。

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(1) 棒が床面から受ける垂直抗力と摩擦力を求めよ。

(2) \theta をしだいに小さくしていき,ちょうど30°になったとき棒がすべった。\mu を求めよ。

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荷台からの丸太の落下

ファインマン物理学」の演習より。テキストに解答もなかったが,シミュレーションによって正解を確認できた。
【問題】
同じ大きさ,質量の丸太がトラックの荷台につんである。トラックが道から飛び出して角度 \theta 傾いて止まった。摩擦は一切無視できるとする。
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(1) 下の2本の間で及ぼしあう抗力を求めよ。ただし,丸太の重さを W とする。

(2) 角度 \theta がちょっとでも小さかったら,丸太はすべりだすところであった。\tan\theta を求めよ。

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三角枠上でつりあう連結おもり

ファインマン物理学」演習より。
【問題】
水平からの角度が30°(および60°)の辺をもつ直角三角形の針金でできた枠に質量が m および 3m のおもりが2つ図のように通してあり,針金上を摩擦なく動ける。2つのおもりを軽い糸で連結するとおもりはつりあい位置で静止した。重力加速度の大きさを g とする。
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つるした棒のつりあい

ファインマン物理学」より。
【問題】
重さが W および 2W で,長さがいずれも R/2 の棒をつないだものを,長さ R の2本の軽い糸で図のようにつりさげる。棒が水平に対してなす角度 \alpha を求めよ。
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壁に立てかけた立方体

ファインマン物理学」演習より。
【問題】
密度が一様な立方体が,なめらかな壁に立てかけられている。床には摩擦があり,床面と立方体の底面との角度を \phi とする。0<\phi<\pi/4 においてすべり出さないための最小の静止摩擦係数を \phi の関数として求めよ。
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※ Algodooでは,静止摩擦係数=動摩擦係数=「まさつ」パラメータの相乗平均である。床のパラメータを1とし,立方体のパラメータを \mu^2 に設定して確認するとよい。

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