物理 バネ

[Ma]

高校物理の範囲で質問です。

塾で個人的に質問して聞いてみて、説明をもらっても理解できない部分がありましたので、質問させていただきます。

私が途中まで解いたものと、具体的質問はレスにて。

[Ma]

1,2,4 の回答は間違いないんですが、3の回答はもらってません。

で、具体的な質問とは、


先生の説明によると、3 番の地点において、z < 0 の時までは N>0 なんだから台と点が接している。
だから、質点が飛び出すのは、N = 0 の時で、z = 0 の時だろう。
と言っているんです。たしかに納得いけそうなんですが、
バネの先端が動ける範囲は -2a <= z <= 0 です。
つまり、 z = 0 の時は、バネの速度は瞬間的に 0 になっているんです。
そんなときにとびだしたら、質点はz=0から初速0で自由落下して、バネと台は自由落下よりも高速に先に戻り始めるってことなのか？

と思ったんです。あっているのか分からず・・・。

それから次の授業の時間がきてしまい、結局具体的な答えが得られませんでした。
ついでにいうと、口ごもっていたので、時間切れになりました（苦笑

ちなみに、見てもわかるように4番の答えは、z=0 で質点と台が離れることが前提と答えられていました。
どこで離れるか、その判定の仕方が自分の頭で混乱しているようです。

解説よろしくおねがいします。

[Poco]

＞つまり、 z = 0 の時は、バネの速度は瞬間的に 0 になっているんです。
この理解は正しい。

＞そんなときにとびだしたら、質点はz=0から初速0で自由落下して、
ここが勘違い。

z=0では質点の速度が0になるのではなく、問題（2）から導いている通り、
垂直抗力Nが0になるだけです。

問題(2)の図からさらに、縦軸を質点に働く力F、横軸をzとしたときの図を書いてみると
納得出来るのではないでしょうか？

[Ma]

お返事遅くなりました。

＞ここが勘違い。
確認ですが、b=a の時、貯金は0となります。
この場合は、初速0、いえ、そのまま質点は離れることなく戻るということでしょうか？

そうすると、3番の答えは、
0 < b < a
ということでしょうか？

[Poco]

> ＞ここが勘違い。
> 確認ですが、b=a の時、貯金は0となります。
> この場合は、初速0、いえ、そのまま質点は離れることなく戻るということでしょうか？

ん～、誤解を招く表現となりそうですが、z=0では離れていはいないけど垂直抗力0の
状態となるのかな？？
重要なのは、質点は常に自由落下運動を行おうとしているんです。
それを垂直抗力が邪魔しているせいで、上に移動したり、下に移動する際も
減速させられるんです。

> そうすると、3番の答えは、
> 0 < b < a
> ということでしょうか？

私は、0 ≦ b ≦ aと思っています。

[Ma]

なるほど、よく理解できました！
ありがとうございました。