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コンテスト/Gnit Elite Open 001 (GEO001)/第1問 壁と三角柱の間に挟まれた球による転倒限界
第1問

壁と三角柱の間に挟まれた球による転倒限界

終了
400 ptsLv.6 中級力学
2026/05/06 21:00〜2026/05/06 22:00
作成者:admin

問題文

水平で粗い床の上に、十分に高く広がりを持つなめらかな鉛直な壁が固定されている。 質量MMM、底面の幅WWWの一様で中実な三角柱が床に置かれている。この三角柱の断面は直角三角形であり、壁側の底角がθ\thetaθ、壁から遠い側の底角が90∘90^\circ90∘である。 三角柱は、鉛直な面を右側(壁から遠い側)に、角度θ\thetaθの斜面を左側(壁側)に向け、斜面の下端が壁から距離DDDの位置になるように置かれている。

この壁と三角柱の斜面の間に、質量mmm、半径RRRのなめらかで一様な球を静かに置いたところ、球は床に触れたり三角柱の頂点を越えたりすることなく、壁と斜面の両方に接して静止した。 この状態から、球の半径を変えずに質量mmmを徐々に大きくしていく。 質量mmmがある限界値を超えた瞬間、三角柱は床の上を滑ることなく、右下の角を軸にして転倒し始めた。 転倒が開始する瞬間の球の質量mmmを求めよ。

ただし、重力加速度の大きさをgggとし、床と三角柱の間の静止摩擦係数は十分に大きく、転倒する前に三角柱が滑ることはないものとする。また、空気抵抗などの影響は無視できる。

制約

  • M=15 kgM = 15\text{ kg}M=15 kg
  • W=0.36 mW = 0.36\text{ m}W=0.36 m
  • D=0.30 mD = 0.30\text{ m}D=0.30 m
  • R=0.40 mR = 0.40\text{ m}R=0.40 m
  • θ=30∘\theta = 30^\circθ=30∘(すなわちπ/6 rad\pi/6\text{ rad}π/6 rad)
  • g=9.8 m/s2g = 9.8\text{ m/s}^2g=9.8 m/s2
  • 床の静止摩擦係数は転倒前に滑りが生じない程度に十分大きい。

入力形式

求める球の質量mmmの値(単位:kg\text{kg}kg)をそのまま一意な自然数で入力せよ。

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