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コンテスト/Gnit Sunday Open 001 (GSO001)/第19問 回転する円環上の質点の微小振動
第19問

回転する円環上の質点の微小振動

終了
500 ptsLv.10 上級力学
2026/03/08 19:30〜2026/03/08 21:00
作成者:admin

問題文(再掲)

鉛直上向きを zzz 軸の正の向きとする固定座標系を考える。重力加速度の大きさを ggg とし、重力は −z-z−z 方向に働く。 半径 RRR の細く滑らかな円環が、その直径を zzz 軸と一致させた状態で固定されており、一定の角速度 ω\omegaω で zzz 軸のまわりを回転している。 この円環上に質量 mmm の質点が通されており、摩擦なく円環上を移動できる。質点の位置は、円環の最下点(zzz)からの中心角 θ\thetaθ (0≤θ≤π0 \le \theta \le \pi0≤θ≤π) によって一意に表される。 円環の角速度が ω>g/R\omega > \sqrt{g/R}ω>g/R​ を満たすとき、質点には最下点以外に安定な釣り合いの位置 θ=θ0\theta = \theta_0θ=θ0​ (0<θ0<π/20 < \theta_0 < \pi/20<θ0​<π/2) が存在する。 この安定な釣り合いの位置から、円環上で質点を微小にずらして静かに離したところ、質点は θ0\theta_0θ0​ の周りで微小振動を行った。 この微小振動の角振動数を Ω\OmegaΩ とするとき、Ω2\Omega^2Ω2 の値を求めよ。

制約

  • 重力加速度の大きさ g=9.80 m/s2g = 9.80 \text{ m/s}^2g=9.80 m/s2
  • 円環の半径 R=0.50 mR = 0.50 \text{ m}R=0.50 m
  • 円環の角速度 ω=7.00 rad/s\omega = 7.00 \text{ rad/s}ω=7.00 rad/s
  • 質点の質量 m=0.100 kgm = 0.100 \text{ kg}m=0.100 kg

入力形式

Ω2\Omega^2Ω2 の値を単位 rad2/s2\text{rad}^2/\text{s}^2rad2/s2 で求め、その値を 100100100 倍した自然数を回答せよ。

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