高校物理をやさしく解説するブログ

高校物理をやさしく解説するブログです。説明は全てテキスト中心にまとめております。図はたまにありますが基本的に想像力を働かせて読んでください。「読んで」物理のイメージを作りましょう。

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    堀口塾

    2009年06月

    原子核の人工変換

    1.ラザフォードのα線による人工変換(1914年)
    一つの元素の原子核から他の元素に人工的に変換させた記念すべき最初の実験。この現象はウイルソンやブラケットなどの霧箱による実験で観察された。

    2.コックフロフトとワルトンによる実験(1932年)
    水素原子核(陽子)を60万ボルトという高電圧で加速して大きいエネルギーを与え,これをリチウム原子核にあてて2個のα粒子ができることを霧箱を用いて実験した。人工的に加速された粒子で原子核を変換した最初の実験。

    3.熱核融合
    軽い原子核どうしが反応して,それらより重い原子核ができる反応を核融合反応という。核融合で軽い原子核から重い原子核ができると,エネルギーを放出する。この反応を起こすには,重水素どうしを高速に加速し,衝突させて反応させなければならないが,高温で原子核の熱振動が十分なところでは,反応はひとりでに進んでいく。例えば,太陽では高圧・高温のもと核融合反応が行われている。

    水素原子のスペクトル発見からボーアの理論まで

    水素原子のスペクトルは、
    太陽光のように連続スペクトルではなく、
    とびとびの線スペクトルであった。

    ラザフォードの原子模型は正しいのか?
    という科学者たちの意見に対し、
    ボーアは「正しい」と主張。
    ボーアは独自の理論により正しいことを証明した。

    ボーアの理論

    .棔璽△領婿匸魴
    物質派の存在から、
    電子は軌道上を回るとき電子波をつくり、
    干渉によって消えない定常波を作るような軌道を回る。

    ▲棔璽△凌尭或条件
    電子のもつエネルギーが変わると、
    それに合った軌道に移る。
    そのときに余ったエネルギーを光として放出する。
    その軌道はとびとびで決まっている。 【水素原子の構造】の続きを読む

    1.物体にはたらく力
    静止している物体や運動している物体の状態を考える場合は,まず「その物体にどのような力が働いているか?」ということを考えなければなりません。力には重力,摩擦力,垂直抗力などいろいろな名称をもつ力がありますが,このようなたくさんの力の中から,物体に働いている力はどのような力かということを,一つ残らず全てみつけなければならないのです。ではどうやってみつければよいのでしょうか?

    正直,たくさんの力の中から,物体に働く力をひとつひとつ探していくのはかなり面倒なことです。ですから,みつけかたのコツというものをおさえておきましょう。そのコツとは,「力は大きく分けて2つの種類に分かれる。」ということです。

    力がたくさんあっても,たった2種類で分類されるものと考えていいのです。その2種類の力とは一体なんでしょう?それは,場の力と接触力です。では,場の力と接触力とはどのような力なのでしょう。

    (1)場の力
    まず,“場の力”とはどのようなものでしょうか。今,僕らは地球の上にいますが,そのことで,場の力を受けています。その場の力とは何でしょうか。そうです,一番有名な力・・・重力なのです。重力というのは,ボールが地面の上にあっても,宙を飛んでいても地球上にある物体にはいつも働いています。この重力は,地球上,つまり地面からそう遠くない場所にある物体には,いつでも働きます。これは,つまり,地球表面には重力が働く空間があって,その空間の中にいれば地球とくっついていようが離れていようが重力は働くということになります。このような重力が働く空間のことを重力場といいます。この重力場の仲間に,静電気による力や磁石による力もあります。これらの力は全て,電場や磁場という空間内にある物体に対して決まった力が働きます。

    以上のように,ある特定の力が働く空間のことを場といいます。よって場の力とは場の中で働く力を言います。場の力というと,重力をはじめとして,万有引力、静電気の力、磁石の力などが代表的ですが,今勉強しているこの力学の分野では,静電気の力や磁石の力は出てこないので,とりあえず重力だけを考えればよいでしょう。この重力は質量mの物体にmgという大きさで働き,向きは地球の中心向きです。 【力の働き方】の続きを読む

    運動方程式は力と力の対決だ
    運動方程式の形はma=Fと簡単な形をしているから,m,a,Fにそれぞれあてはまる文字や数値を代入すれば運動方程式をたてられるのか?といえば,そうでもない。力が複数登場する場合などは単純にma=Fに代入するだけでは求まらない。

    では,力が2つ出てくる場合にどのように考えて式をたてればよいのか,次の問題で考えてみよう。

    図のように質量2.0kgの物体を20Nと60Nの一直線上に左右逆向きの力で引っぱったとしよう。はたしてどちらが勝つか?こんな簡単な質問は誰でもわかると思う。もちろん60Nが勝つ。では,物体はどちら向きに動き出すだろうか。力が勝った方向。つまり右向きに動き出す。

    このとき物体に働く全体の力は60-20=40Nとなるので,物体は40Nの力で動き出すということになる。では,動き出すときの加速度はいくらであるかを求めるために,運動方程式をたててみよう。

    運動方程式ma=Fは,「質量×加速度=物体に働く力」である。物体に働く力が40Nだから,これが質量×加速度と同じ値になるということである。よって運動方程式をたてると,40=20×aとなり,加速度a=20m/s2と求まる。
    【運動方程式は力と力の対決だ】の続きを読む

    運動方程式

    運動方程式の立て方

    運動方程式 ma = F 
    ※覚え方「まあ、太ったわね〜」

    質量〔kg〕×加速度〔m/s2〕=物体に働く力の和〔N〕

    どのように運動方程式をたてるか?

    運動方程式のたて方をマスターしよう。

    まず,運動方程式の基本形は ma = F である。

    左辺 ma と右辺 Fの式を作って等号で結べばよいのだが、
    甘くみてはいけない!!

    では,次のような問題を考えてみよう

    (例題)質量mの物体が,右向きに力F,左向きに床からの摩擦力fを受けながら,右向きに加速度aで進んでいる。このとき物体の運動方程式を求めよ。 【運動方程式の立て方】の続きを読む

    運動方程式とは?

    運動方程式は、
    運動している物体について、

    物体に働く力F、
    物体に生じている加速度a、
    物体の質量m

    の関係を式で表したものである。

    これは次のように求まる。

    ニュートンの運動の第2法則より、
    加速度が力に比例し、
    質量に反比例する、
    ということがわかった。

    これを式に直すと、
    加速度が力に比例・・・a∝ F
    加速度が質量に反比例・・・a∝1/m
    ※∝は比例を意味する記号

    これらの関係を
    一つの式にまとめると、
    a∝ F/m
    と表せる。

    これより、両辺にmをかけて、
    左右の辺を入れ替えると、
    F ∝ ma
    となります。

    ここで、
    kを比例定数として
    F = kma
    としましょう。

    ここで、
    mの単位[kg],加速度の単位[m/s2]
    のとき、

    k=1として、
    力の新しい単位[N]を用いる


    という約束のもと出来上がったのが、
    運動方程式 ma = F
    です。 【運動方程式の導出と力の単位N(ニュートン)】の続きを読む

    単振動している物体に働く力は復元力である
    単振動している物体について働く力の合力を求めると必ずF=-kxの形になっている。これを復元力といい,変位xに比例し,比例定数の符号が負になるのが特徴である。この形から働く力を考えると,xが正のときに働く力は負となり,xが負のときに働く力は正となり,物体は遠くまで行っても結局原点に戻ってきて行ったり来たりの運動をする。これが単振動である。

    周期は復元力の式から求める
    復元力F=-kx →周期 T=2π√m/k
    単振動の問題において,時間的なことを聞かれたら,大概は「周期」がからんでくる。周期は公式として覚えておく必要があり,公式中の定数kが単振動においてどのような式になるのかが大事である。このkを求めるには物体に着目して復元力の式を求めてやらないといけない。このkが求まれば公式に代入して周期が求まるのだ。 【単振動のポイント】の続きを読む

    光の干渉〜光学的距離

    物質中における強めあう弱めあうの干渉条件の考え方

    光の干渉の問題では、
    2本の光が同じ媒質中で干渉するならば、
    波長は等しく経路差を考えればよい。

    しかし、片方の光が屈折率の異なる媒質中を進めば
    波長も異なり同じ距離でも振動の回数も違ってくる。
    このような場合についての干渉を考えるときは、
    異なる媒質中の波長を考えなければならない。

    干渉では,経路差も大切だが、
    それよりも干渉している場所における光が
    どのような状態(山か谷かなど)になっているかが
    非常に大切である。 【光学的距離(光学距離)について】の続きを読む

    ブログネタ
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    静電気力と電場

    静電気力
    電気には正電荷(+)と負電荷(−)しかない。
    これらの間に働く力を静電気力、
    もしくは、クーロン力という。

    髪の毛を下敷きでこすると静電気が発生して、
    髪の毛が下敷きにくっつく。

    これは静電気力によるもの。

    距離rはなれた電荷q1, q2の間に働くクーロン力の式は
    F=k×q1・q2/r^2

    と表される。

    では、次は電場の説明をしよう。 【静電気力と電場】の続きを読む

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