高校物理質問スレ part21

1 ：2012/10/04 〜 最終レス ：2012/11/27

まずは>>1をよく読みましょう
・高校物理以外の質問はお断り
・質問する前に教科書や参考書をよく読みましょう。
・質問者は何が分からないのか、どこまで考えたのかを明記しましょう。
　問題の丸投げはダメです。丸投げに答えるのもダメ。ヒントを示す程度に留めましょう。
・質問者はあらゆる回答者に敬意を表しましょう。
　質問に対する返答には、何かしらの返答を。（荒らしはスルーでおながい）
・回答者がわかるように問題を書くようにしましょう。
　問題の写し間違いに気をつけましょう。
　問題の途中だけとか説明なく習慣的でない記号を使うとかはやめてね。
■書き方
・数式の例　（ちょっとした疑問や質問スレのテンプレも参考に）
　ベキ乗　x^2
　平方根　√(a+b)
　分数式　((x+1)/(x+2))
　三角関数　sin(θ)
・図
　図が必要な場合、画像としてupするか、文字で書くことになります。
　文字で書く場合は、ずれに注意してください。
　MSPゴシックで表示できるエディタや2ch専用ブラウザを使いましょう。
　また、連続する半角空白は単一の空白として表示されるので注意。
前スレ
高校物理質問スレ part20
http://uni.2ch.net/test/read.cgi/sci/1342341975/

2 ：

>>1
乙です
さっそく質問です。
http://beebee2see.appspot.com/i/azuY4_aTBww.jpg
起電力Eの電池と電流計を直列につないだ時、(画像左)電流の大きさはI_0であった。
電池内部の抵抗は無視できるものとする。
右の回路で流れる電流の大きさをI_aとするとき電流の大小関係を求めよ。
右の回路の解き方がよくわかりません。
電池が2個で並列に繋がれてる場合はどうやって求めるのですか？

3 ：

キルヒホッフで解けますね。解決しました

4 ：

質問させていただきます。
波動(いまは光)で『位相』という用語が出てきたのですが、授業でも全然触れないし参考書を見ても全然書いていなくて悩んでいます。
位相を詳しく説明していただきたいです。よろしくお願いします。

5 ：

位相の書かれてない参考書なんて捨ててしまえ

6 ：

交流電流の実効値ってどうやって求めるんでしょうか？

7 ：

交流の場合の電力の１周期分の平均が直流の場合の電力に等しくなるように
直流電流なり電圧なりを調節した結果が実効値

8 ：

>>4
参考書はあくまで受験用テクなんだから
基礎知識には役に立たんだろ
大体どこで『位相』が出たんだ？

9 ：

>>7
具体的にどんなふうにするんでしょうか？
サインカーブだとしたら、負になってる部分を正にして、
０〜π/2までの間を積分してπ/2で割るとかなんでしょうか？？

10 ：

電力なのでP=IV=RI^2=V^2/R
電流・電圧どちらで書いても二乗が出るので負になってる部分などない
交流の角周波数をωとして、t=０〜2π/ωが１周期分。なので
この範囲でPを積分したのを交流の場合と直流の場合でそれぞれ出して
等置すれば出る

11 ：

>>8
波動のヤングの実験とかのところです。光の干渉とかです。
円運動でなんとなくはわかったんですけど…

12 ：

>>>10
数式でいうとどうなるんでしょうか？

13 ：

ほとんどそのまま数式にできそうな程度に書いたつもりなんだが。
>>9をみるとサインカーブ（の絶対値）ならできるんでしょ。
平均すべき関数が違うだけで方法は同じだよ

14 ：

>>4
振動の状態(たとえば変位)を指定するパラメータが位相

15 ：

>>6
Root Mean Squareだよ
√∫f(t)^2dt (0〜T)

16 ：

メコスジュテーム

17 ：

>>11
円運動だと (x,y)=r(cosθ,sinθ) だな、このθが位相角だ
波の干渉とかだとsinθとsin(θ+Δθ)の波が合わさるとΔθ(位相差)によって強め合ったり弱め合ったりするのが干渉だ
たとえば Δθ=π だと sin(θ+π)=-sinθ だから足すと 0 になってしまう(これを逆位相と言う)
円運動なら角度π の違いは逆向きだ
こんな調子で位相には色々な側面があるが大体分かったかな？

18 ：

質問宜しくお願いします。
高校物理の進め方についてなのですが
物理は1,2に分かれてます。
ここで1を全て網羅してから2を網羅するのと
力学だったら1,2一気にやって次に進む
どちらが正しいでしょうか？

19 ：

そういうのは物理板より(ry
基本的に、II ができるんだったら、先に II だけやったほうが手っ取り早い。
復習目的なら分野ごとに攻めていくので問題ないはずだけど。

20 ：

物理はできるようになったら理科の中でも特に点とれる自信がつく

21 ：

>>18
後者　各範囲で�T・�U通してまとめてやった方がいい
分野の順番としては　まず力学やって次に熱　
電気・波はその後でどっちからでもいい
原子は一番最後（内容的にも最後だし入試には最近殆ど出ない）
力学は�Tで各種の力や運動の法則が丁寧に示されていて
受ける力が一定の場合の等加速度運動・落下運動を
始めに扱うから�T→�Uの順でやった方がいい
熱はまず�Tで熱・温度・比熱・熱容量を学んだら
その後は２度手間だから�Uに進んでいい
電気は殆んど２度手間なので�Uから入って
説明・図が丁寧な�Tは同じ範囲の所をパラ読みでいい
抵抗と直流回路については�Tメインで見るといい
波は�Tでしか扱わないけど力学�Uの単振動が伝播する波をやるから
先に力学やっとく方が楽
原子は一番最後に余裕があったらでいい

22 ：

　クラスの男子が”俺のエボナイト棒に静電気起こしてよ”って、いやらしい事言ってくるんですが
　どうしたらいいですか？

23 ：

皮の被ったエボナイト棒はイヤ、と言いなさい

24 ：

質問させていただきます。
円運動の円すい振り子の問題：
長さLの糸の上端を固定し、下端に質量mの物体を付け、
水平面内で点oを中心とする半径r、角速度ωの等速円運動をさせる。
(意図と鉛直線をなす角をθ、糸の張力の大きさをSとする)
このときに鉛直方向のつり合いの式は
mg=Scosθ
となりますが、なぜ垂直抗力は表れないのでしょうか?
参考書の図等を見ていると、向心力と垂直抗力の合力がSになるのかなぁ、と思うのですが、腑に落ちません。
(自分が解いていてわからなかった問題は、糸ではなくばねになっていた問題なのですが）

25 ：

>>24
その式の何処に垂直抗力が現れる余地があるの？
出来るなら図を描いて、ここに垂直抗力があるはずとベクトルで表示して欲しい。

26 ：

>>25
言われてようやくわかりました。
上からつるしていただけなんですね。
地面にくいを立ててそのてっぺんに紐を付けているものだと思っていました。
お恥ずかしい。
でも、ありがとうございます。

27 ：

力の分解の仕方の法則性がよくわかりません。例えば画像のTの力を分解してモーメントを使って解く問題など、正しい分解の向きがわからなくなります。http://i.imgur.com/qALYp.jpg

28 ：

念のためだが、どんな分解の向きであれ、分解後の力のベクトル的な和が
元の力に一致していれば全て正しい。
問題によって解きやすい分解の向きがあるだけ。
モーメントを使うのであれば、回転方向とそれに垂直な方向に分解すれば、
一方はモーメントに寄与しないので考えなくてもよくなるので解きやすくなる。
で、図はまさにそのように分解している

29 ：

こい

30 ：

>>29
ミスった
気にしないでくれ

31 ：

>>28
遅れました
ありがとうございます。

32 ：

質問させてください
ばねが台車にした仕事を求めよという単純な問題なのですが、
「ただし、ばねが物体を引く力の大きさは平均をとってよい」とあり、この言葉の意味がわかりません。
弾性エネルギーの差を求めるのではだめなのでしょうか

33 ：

>>32
>>1
>・回答者がわかるように問題を書くようにしましょう。
>　問題の途中だけ
> とかはやめてね。

34 ：

>>33
すみません
なめらかな水平面上で、ばね定数kのばねの一端を固定し、多端に台車を付ける。
このばねを自然の長さよりLだけ引き延ばして静かにはなす。
台車がLの位置からｘにくるまでにばねが台車にした仕事を求めよ。
ただし、ばねが物体を引く力の大きさは平均をとってよい
です。

35 ：

深い海の水面を伝わる波の速さvは、波長λと重力加速度の大きさgを使って
v^2=(1/2π)(g^p)(λ^q)という関係式で与えられる。πは円周率である。
pとqの値を求めよ。
右辺の単位をv^2の[m^2/s^2]になるようにするだけの問題だと思うのですが、ここで(1/2π)というのはどういう扱いとしてみればいいのですか？解説ではλ[m]とg[m/s^2]の単位しかみておらず、(1/2π)をないものとして単位を計算してp,qを求めてます。

36 ：

無次元量

37 ：

>>34
>なめらかな水平面上で、ばね定数 k のばねの一端を固定し、他端に台車を付ける。
>このばねを自然長より L だけ引き伸ばして静かにはなす。
>台車が L の位置から ｘ にくるまでにばねが台車にした仕事 W を求めよ。
>ただし、ばねが物体を引く力の大きさは平均をとってよい。
確かにこの問題なら、エネルギー保存則から仕事を求めるだけでいいように思う。
W = F_mean・(L-x), の形から出発する場合を考えると、何の平均をとるのかが問題になる。
たとえば、x' = L のときと x' = x のときで単純な算術平均をとれば、
　　F_mean(L,x) = { F(L) + F(x) }/2 = -(k/2)(L + x),
　　ΔL = x - L,
だから、W = (k/2)(L^2 - x^2) となって、（一応) 正しい結果は得られる。
でもそうなるのは F(x) = -kx の形で書ける場合のみで、このプロセス自体は正しくない。
あとは時間平均にせよ、空間平均にせよ、積分しないと始まらないし、それができたら "平均" する必要もないし……。

38 ：

>>34
ばねの力が変位の一次関数だから積分しても平均値を使っても同じ結果になる
積分する手間はかけなくても良いと言う事

39 ：

>>38
おっと、この平均値てのは最初と最後を足して2で割ったものね

40 ：

>>36
見分け方を教えてください。例えば比がそうらしいのですが。

41 ：

具体的に物理量の単位を知ってるかどうかだけ、一般的な見分け方などない
比も無次元量になるのは同じ単位同士の比だけ、比重はg/cm^3だ

42 ：

円周率は長さと長さの比なので無次元

43 ：

同じ理由で radian も無次元

44 ：

steradian (立体角) も無次元

45 ：

真空中の誘電率はGauss単位だと無次元
でもSI単位系だとF/m=N/V^2

46 ：

ありがとうございます。

47 ：

抵抗X,Yはef間の導線と並列に接続されているためX,Yにかかる電圧も0になる。つまり電流は流れない。
らしいのですがよくわかりません。
ef間の電圧が0というのac間、bd間の電圧が0ということからわかります。
並列部分は電圧が同じになるというのはどういうことですか？http://i.imgur.com/orphy.jpg

48 ：

石をある角度で投げ上げたところ、地面に落ちるまでにTの時間を要し、到達距離はLであった。初速度と放射角度を求めよ

49 ：

>>47
ef間（更に言えばabcdef間全て）は導線なんだろ、なら電位差は出来ない、どの間も電圧は当然0。

50 ：

>>48
とりあえず　鉛直方向と水平方向で距離と時間の式を立てろ。

51 ：

>>49
合成抵抗はどう計算したらいいのですか？

52 ：

>>51
電流の流れない部分はないものと思えばいい。

53 ：

>>51
abcdefどの間にも抵抗なんて存在しないが。

54 ：

>>53
08センター物理の問題です。
http://www.asahi-net.or.jp/~az2h-tnb/polaris/center07/ctr08expla.pdf
>>52さんのないもの(0と考えて)計算するというのがよくわかりません
ef間が0だから真ん中の抵抗にかかる電圧も0になる→何故そう言えるの？って状態です

55 ：

>>54
>>49

56 ：

電気の性質というやつですか？
aからbに進む回路よりa→eの方が電圧が低いからそっちに電気が流れるという

57 ：

>>54
0じゃない。∞。

58 ：

>>56
要するにその抵抗の前後はショートしてんだよ。
名前欄に最初の質問の書き込み番号を入れてくれんか。君一人の掲示板じゃないんだから。

59 ：

マジでバカは電圧、並列、直列って考え方捨てろ
分かってる奴が大きなまとまりを感覚的に捉える手法であって
説明されなきゃわからない奴は使いこなせないから
ちょっと複雑な見慣れない回路見るだけで手がとまる。
大前提として
間に抵抗(などの素子)がない二点では電位差が生じない
これさえ分かってればキルヒホッフの第二法則も任意の閉路がどうとか考えなくても自然と理解できる
ae ef fbがそれぞれ電位差がゼロなら
ab間もゼロだろ？
オームの法則から電位差がゼロなら抵抗には電流が流れてないってのがわかる。
ただそれだけ

それをセンスがある奴は
ab cd efは 並列という関係の回路になってると分かるから
並列の関係では電位差は等しくなるのが既知なので
ab cd efの電位差は等しく、ef間の電位差がゼロだから全部の電位差がゼロって考えているだけ
初見で複雑な回路の中で並列の関係や直列の関係ってのを見つけるのはセンスが無い奴には無理だから諦めろ。

感覚的な話をすると電流としては抵抗がなくても目的の場所に行けるなら
抵抗があるルートとる奴はいないって感じ

60 ：

鼻息荒いな

61 ：

知恵袋でみつけたhttp://oshiete.goo.ne.jp/qa/4493163.html
>３）しかし針金Ａと針金Ｂとは電位が異なる場所にありますから両者の中心を導線で結べば電流が流れ始めます！
ef間は電位差0なのになんで電流流れるの？

62 ：

>>61
抵抗が無いから。

63 ：

電荷をプールしておく機構もないから
電荷保存則から流れ込んだ分流れ出てるだけ

64 ：

なるほど
とりあえず>>59さんの言うとおり直列並列の考えは一旦なくしてみます
わからなかったらまた質問します。
ありがとうございました。

65 ：

考えをなくすんじゃなく、正しい論理を身に付ける
>>61
＞ef間は電位差0なのになんで電流流れるの？
これを聞くなら、まず電池から抵抗までも電位差0なのに電流がある事を疑問に思うべき
正しい論理は
この問題ではacefbdは抵抗R=0でつながってるからV=IRにより電位差V=0(電流Iは任意)
XとYは電位差V=0だからI=V/Rにより電流I=0(この式はR=0では使えない)
acefbdは1点と同じだからX,Yを無視して描き直すと1Ωの2抵抗並列が2組直列につながった回路になる

66 ：

abcdefは一点と同じだから(なんで？)
XYを無視して(なんで？)
書き直すと(どうやって？)
この三つの山を越えるにはどうすればよござんしょ？
出来る奴には呼吸するレベルで当たり前の事でも分からない奴にはハードル高くない？

67 ：

>>66
物理は、そう考えて矛盾が生じないことを法則として扱っている。
高校物理では導線は抵抗0とみなすから、E=IRからRが0ならEも0ということになって、
導線で結ばれたabcdefには電位差がないことになる
（Iはいくつでもよいことになり、この部分だけでIは求まらない）。
Eが0であるから、抵抗が0ではないXやYのところではI=0となる。
X、Yには電流が流れないのだから、繋がれていない場所と同じと考えればよく
（あえて言えば空気で繋がれている場所と同じ）、つまり、そこには何もないとしてよい。

68 ：

言葉足らずだった。
矛盾しないので正しいものとして扱っているだけなので、「なんで」ということを考えても意味がない。
考えたければ大学に行ってから存分にやってくれ。

69 ：

>>66
何を問題にしてるかを意識すれば良い
＞abcdefは一点と同じ
抵抗,電位差,電流だけを問題にしてるから抵抗,電位差のない電線は長さを変えても影響が無い。長さ0の一点にしても同じ
＞XYを無視
電流がない部分を外しても影響が無い。
＞書き直す
以上が分かれば、XYを外してabcdefを一点に縮めた図にすると分かるはず
理系に限らず一般的に、問題解決時は影響が無い所を単純化して簡単な問題に変形するのが常道

70 ：

XYに電流が流れない事をいうのにXYが並列である事を使って
XYが並列である事を説明するのにXYの電圧が等しくゼロになる事をいうって
並列である事がパッと見て分からない人には並列かどうかを考えるのは遠回りじゃねぇの？

71 ：

まぁ何が言いたいっていうと
正しい論理を身につけろって言って
回路図の等価な書き換えを教授しようとするのはいささかテクニックよりすぎない？
何をもって等価な書き換えなのかが分からないようなレベルだから質問してるんじゃねぇの？

72 ：

　マスクのゴムひもで弦の振動を観察しています。
　強く張った状態でひもの中央を弾けば基本振動ができるのはわかります。教科書に載っている弦を伝わる波の速さの公式を使えば、ひもを弾いた直後引っ張る力を
緩めれば倍振動が起こるはずですが、なかなか観測できません。
　何かいい方法はないですか？

73 ：

適当な場所を指で触れれば、たとえばひもの中心を触ると、基本振動がなくなる。

74 ：

中央を弾いちゃ倍振動は起きんだろ
1/4の位置を弾かなきゃ

75 ：

凸レンズの実像が物体に対して上下逆さまになるのはわかるけど、左右も逆になるのはなぜですか？
これは教科書に書いてませんよね？

76 ：

>>75
上下逆さまになるのはなぜなのかを説明してみて。

77 ：

>>76
なぜなるのかはわかりません。

78 ：

>>75
教科書にレンズで上向きの矢印が下向きの実像を結ぶ画が載ってると思う。
こんなの　http://livedoor.blogimg.jp/aritouch/imgs/e/5/e5585cb5.bmp
同じ図を右向きの矢印を写してるとして見てみると・・

79 ：

>>78
物体側からみた場合とスクリーン側からみた場合の違いなんですね。ありがとうございました

80 ：

　正方向に速さ v で動く波のグラフが x = 0 で
　　y(x) = -Asin(2π･x/λ)
表されているとき、t[s] 後のグラフは vt だけ正方向に移動したものになるので
　　y(x,t) = -Asin(2π･(x-vt)/λ) = -Asin2π(x/λ - t/T) = Asin2π(t/T - x/λ) ･･･････ (1)
　ここで基準にするのは原点でなくてもいいはずなので x = L(L > 0) での波のグラフ
　　y(x) = -Asin(2π･(x-L)/λ) ･･･････ (2)
を基準にして(1)を求めたいのですが、(2)を単に vt 平行移動しただけで L が消えずうまくいきません。
　　y(x,t) = -Asin(2π･(x-L-vt)/λ)
　　　　　= -Asin(2π･(x/λ -L/λ -vt/λ)
　L 移動するのにかかった時間は L/v なのでここから L を T や λ であらわそうとしているのですがうまく
いかないのです。どこがおかしいのでしょうか？

81 ：

>>79の解釈であってるのですか？
http://i.imgur.com/iLZOz.jpg

82 ：

>>79
そういう事じゃなくて、上下が反転して見えるのも、左右が反転して見えるのも、
同じ図で示される、同じ理屈って事。

83 ：

>>82
勘違いしてました。
真横から見た図で光線が上から下に屈折してるから上下逆になるのであって、これは左右にも同じことが言えるということですね。

84 ：

>>80を読み直して何の意図が伝わるかどうか考えろ

85 ：

Ｉ＝ｄｑ/dtって、日本語で解釈するとどういう解釈になるんですか？

86 ：

電荷のフラックスが電流である

87 ：

ありがとうございます。

88 ：

いいのかい？

89 ：

I=dq/dt の意味は
「ある所に存在する電荷の時間変化率は、そこに流入する電流に等しい」
だから「電荷保存則」だろ

90 ：

電荷保存則じゃないよ

91 ：

東進の山口が保存則って言ってたよ

92 ：

dq/dt じゃなく ∂q/∂t なら保存則と言っても良い

93 ：

>>84
　君、誰にいってるの？

94 ：

ドップラー効果で波長や振動数が変わっても波数は変わらないということをイメージしやすいような説明希望です

95 ：

どうでもいいけど波数と波の数とでは意味が違います

96 ：

>>92
それは∂ρ/∂t
>>94
波数は波長の逆数

97 ：

>>94
ふつう、ドップラー効果がどのように起こるかを考える。
・波源が媒質に対して動いていると、その方向に波長が縮む。
・観測点が媒質に対して動いていると、相対的な波の速度が変わるので(波長は変わらない)、振動数が変化する。
絵的に考えると、
後者の場合、観測点を時間あたりに通過する波の個数が変化する。
つまり、なんか媒質上に波を描いといて、その上で観測点を動かしてみると、分かる。
前者の波源が動く場合は少し難しいけど、紙に波の絵を描いてるときに、紙の方を動かすと、波が縮んだり伸びたりするので、分かる。

98 ：

>>97
ありがとうございます

99 ：

>>96
微分形ならそうだが適当な領域で積分すれば ∂q/∂t でいい

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