ばね定数kのばねを取り付けた力学台車を手で押しゆっくりと移動させる。ばねの他端は固定されており、なめらかな水平の台の上にある。原点からの距離lの点Lまで動いた時、手が力学台車にした仕事Wがkl^2ではなく1/2kl^2であるのは、加速度が変化するため平均をとっているからですか? 式の成り立ちの図やグラフイメージは知っていますが、端的になぜ1/2になるのかを考えると 1/2をかけて最初と最後で平均をとっているのかと思いまし

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1216653

2026-03-12 13:20

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「手が力学台車にした仕事Wがkl^2ではなく」←この部分だが、kl²と思っていたのはなぜだ?何の根拠があってそう思ったのかがわからんのだが?



そもそも仕事というのは力×距離。しかし、ここでは力はばねの弾性力となるからばねの伸びで変化する。フックの法則によればF=kxなのだ。

ってことは、この力をlだけ働かせるのだから、xについて0→lで積分すればいいということになる。

すなわち、

W=∫kxdx(x:0→l)

これを解けば、

W=(1/2)k[x²](0→l)

=(1/2)k(l²-0²)

=(1/2kl²



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