質量 M = 50 kg の砂が入った木箱を滑らかな水平面上に置きます。速度 V0 = 800 m/s で水平に移動する質量 m = 10 g の弾丸が衝突し、突き刺さります。ボックスを保持するばねの剛性 k = 1 kN/m の場合、その最大変形を決定する必要があります。
この問題を解決するには、運動量保存の法則を使用します。弾が箱に引っかかるので、衝突後は弾+箱が一体となって動きます。したがって、次のように書くことができます。
m * V0 = (M + m) * V
ここで、V は衝突後のシステムの速度です。
この式から速度 V を表すことができます。
V = m * V0 / (M + m)
ばねの最大変形を決定するには、フックの法則を使用します。
F = k * x
ここで、F はバネに作用する力、x はその変形、k はバネの剛性です。
ばねに作用する力は、ばねの表面にある砂の箱の重力と等しくなります。
F = (M + m) * g
ここで、g は重力加速度です。
したがって、ばねの最大変形は次のようになります。
x = F / k = (M + m) * g / k
数値を代入して方程式を解くと、次のようになります。
x = ((50 + 0.01) * 9.81) / 1000 = 0.499 mm。
したがって、ボックスを保持するスプリングの最大変形は 0.499 mm になります。
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こんにちは!問題 10557 の条件で説明されているように、質量 M = 50 kg の砂が入った木箱が滑らかな水平面上に配置されています。速度 V0 = 800 m/s で水平に移動する質量 m = 10 g の弾丸が衝突し、突き刺さります。ボックスの剛性 k = 1 kN/m の場合、ボックスを保持するバネの最大変形を見つける必要があります。
この問題を解決するには、運動量保存の法則を使用できます。弾が箱に引っかかるので、衝突後は弾+箱が一体となって動きます。したがって、次のように書くことができます。
m * V0 = (M + m) * V
ここで、V は衝突後のシステムの速度です。
この式から速度 V を表すことができます。
V = m * V0 / (M + m)
ばねの最大変形を決定するには、フックの法則を使用できます。
F = k * x
ここで、F はバネに作用する力、x はその変形、k はバネの剛性です。
ばねに作用する力は、ばねの表面にある砂の箱の重力と等しくなります。
F = (M + m) * g
ここで、g は重力加速度です。
したがって、ばねの最大変形は次のようになります。
x = F / k = (M + m) * g / k
数値を代入して方程式を解くと、次のようになります。
x = ((50 + 0.01) * 9.81) / 1000 = 0.499 mm。
したがって、ボックスを保持するスプリングの最大変形は 0.499 mm になります。
これが問題の解決に役立つことを願っています。他にご質問がございましたら、お気軽にお問い合わせください。
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滑らかな水平面上に、質量 M = 50 kg の砂が入った木箱があります。速度 V0 = 800 m/s で水平に飛行する質量 m = 10 g の弾丸が衝突し、突き刺さります。
この問題を解決するには、ボックスを保持するばねの剛性 k = 1 kN/m の場合の最大変形を計算する必要があります。
最初のステップは、弾丸がボックスに当たる前の弾丸の運動量を計算することです。力積は物体の質量と速度の積として定義されます。
p = m * V0 = 10 g * 800 m/s = 8 N * s
運動量保存の法則は、衝突前後の物体システムの運動量の合計は変化しないと述べています。砂の入った箱は動かないので、衝突後のシステムの運動量は弾丸の運動量と等しくなります。
p' = p = 8 Н * с
ばねの最大変形を計算するには、ばねの位置エネルギーを計算する必要があります。これは、ばねが変形するときに弾性力によって行われる仕事に等しいです。ばねの位置エネルギーは次のとおりです。
Ep = (k * x^2) / 2
ここで、k はバネの剛性、x は最大変形です。
エネルギー保存の法則から、ばねの最大変形を次のように表すことができます。
Ep = p'^2 / (2 * M) = (8 N * s)^2 / (2 * 50 kg) = 6,400 J
x = sqrt((2 * Ep) / k) = sqrt((2 * 6,400 J) / 1 kN/m) = 80 mm
したがって、ボックスを保持するスプリングの最大変形は 80 mm になります。
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