2017年2月6日月曜日

[講義note] 仮想変位法

仮想変位法

高さ h にある質量 m の物体が持つ位置エネルギー U は

U = mgh

と表され、地表付近で質量を一定とすれば、位置エネルギーは高さに比例することがわかる。
では、重力の公式: W = mg を用いずに、高さ h' の場所において、物体にかかる力を仮想変位によって求めてみよう。






・・・、重力は地表付近ならばどこでも一定なので、これはいい例とは言えない。

大切な考え方は、誰か何かが特にない限り、はたらいている力だけが仕事をできるということ。物体にはたらいている力が外部に仕事をすれば、物体の持つエネルギーは減少する。物体の持っているエネルギー分だけ、外部に仕事をできる。
5 J の物体が、3 J になったとしたら、物体は外部に 2 J 仕事をしたことになる。(外力がなければ)
その2 J が -FΔx に等しいと考えるのである。



まずは練習問題を解いてみよう!

・仮想変位によって力を求める練習問題

ex1: コンデンサ板間にはたらく力
仮想変位例題1(リンク)

ex2: 帯電した導体球にはたらく力
仮想変位例題2(リンク)

ex3: 磁石と鉄板の間にはたらく力
→Coming Soon

仮想変位は物理でも電気でも磁気でも役に立つ方法なので、しっかり覚えておくこと。
(エネルギー差) = (した仕事)
ΔU = -F・Δx