高卒認定試験 物理基礎 H26-2 大問3 問2 解説+解答

解説:

(1)
ばねを自然の長さから0.20[m]縮めたときの弾性力による位置エネルギーは、
[math] U = \frac{1}{2} k x^2 = \frac{1}{2} \times 12[N/m] \times 0.20[m]^2 = 0.24[J] [/math]
である。

このエネルギーが運動エネルギーに変わるので、エネルギー保存の法則から、
[math] U = \frac{1}{2} mv^2 [/math]
[math] 0.24 = \frac{1}{2} \times 3[kg] \times v^2 [math]
[math] v^2 = \frac{0.24 \times 2}{3} [/math]
[math] v^2 = 0.16 [/math]
[math] v= 0.40[m/s] [/math]
となる。

(2)
点Qでのエネルギーは0.20[J]であり、点Rでのエネルギーは止まっているので0[J]である。したがって、失われたエネルギーは0.20[J]となる。このエネルギーは動摩擦力による仕事により失われたので、動摩擦力が下仕事は、-0.20[J]となる。

以上。