⑵ いくつかの条件を変えてこの実験を行ってみる。条件を変えたとしても，ばねが最も…
問1 ～問3 に答えよ。 問3 図のように，質量0．50 kg の力学台車を，摩擦のない水平面となめらかにつながる摩擦の ない斜面上の点A から初速度0 m/s ではなした。すると，力学台車は，壁に一端を固定し た軽いばねに衝突し，ばねを押し縮めた。⑴，⑵に答えよ。 水平面 ばね 壁
⑵ いくつかの条件を変えてこの実験を行ってみる。条件を変えたとしても，ばねが最も縮ん だときのばねの弾性力による位置エネルギーが変化しないものはどれか。次の1 ～4 のうち から一つ選べ。
- 1 質量の大きい力学台車に変える。質量が大きくなると運動エネルギーが大きくなり、位置エネルギーも変わります。
- 2 ばね定数の大きいばねに変える。ばね定数を変えても縮み方が変わるだけで、移り変わるエネルギーの量は同じです。
- 3 点A よりもさらに高い位置から力学台車をはなす。高い位置からはなすと速さが増し、運動エネルギーが大きくなります。
- 4 斜面に沿って下向きに初速度を与えて力学台車をはなす。斜面に沿って初速度を与えると速さが増し、運動エネルギーが大きくなります。
解説
正解は2です。ばねが最も縮んだとき、力学台車の運動エネルギーはすべて、ばねの弾性力による位置エネルギーに移り変わります。つまりその大きさは、ばねに衝突する直前の運動エネルギーで決まります。ばね定数を大きくすると縮む長さは短くなりますが、移り変わるエネルギーの量そのものは変わりません。質量や高さ、初速度を変えた場合は運動エネルギーが変わるため、位置エネルギーも変わります。
出典：文部科学省ホームページ（https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00010.htm）を加工して作成