GWCP001 問題8
問題文
ばねの弾性力による位置エネルギーの初歩
問題文
なめらかな水平面の上に置かれたばねがある。このばねの一端は壁に固定されており、もう一端に物体が取り付けられている。ばねを自然の長さ(何も力を加えていないときの長さ)から一定の長さ x だけ縮めた状態にした。このとき、縮んだばねが蓄えているエネルギー(弾性力による位置エネルギー) U を求めたい。 ばねの弾性力による位置エネルギーの公式を用い、指定された数値からエネルギーの大きさを計算せよ。
制約
- ばね定数 k=40 N/m
- ばねの縮み x=0.50 m
入力形式
ばねが蓄えている弾性力による位置エネルギーの数値(単位:J)を自然数で答えよ。
解説
解説
弾性力による位置エネルギーの公式
高校物理基礎では、変形したばねが持つエネルギー(弾性力による位置エネルギー)を学びます。 ばね定数を k、自然の長さからの伸びまたは縮みを x とするとき、蓄えられる弾性力による位置エネルギー U は次の公式で表されます。
U=21kx2
計算
制約に示された数値を公式に代入します。
U=21×40×(0.50)2
まず、縮み x の2乗を計算します。
(0.50)2=0.25
次に、すべての値を掛け合わせます。
U=21×40×0.25 U=20×0.25=5
したがって、入力すべき自然数は 5 です。