物理の問題で、重さ5Nの物体とばねを使って物体の垂直抗力を求める問題に直面した時、どのように計算すればよいかを解説します。具体的には、物体が机に置かれており、ばね定数と自然長を元に物体が受ける力を求めます。
問題の設定
問題は、重さ5Nの物体が机の上に置かれ、物体の下にばねがあるというものです。ばねの自然長は0.15m、ばね定数は25N/mです。ばねを押しつぶして物体の長さが0.10mになった時に、物体が机から受ける垂直抗力を求めます。
力の計算方法
まず、物体の重さは5Nです。これは重力の力で、物体が下に引っ張られている力です。次に、ばねの伸縮によって生じる力を考えます。ばね定数とばねの変位を用いて、ばねが生じる力を求めることができます。
ばねの力の計算
ばねの力Fはフックの法則に従い、F = k * Δx で求められます。ここで、kはばね定数、Δxは変位（自然長からの変化量）です。自然長は0.15mで、押しつぶされた長さは0.10mなので、Δx = 0.15m – 0.10m = 0.05mです。したがって、ばねの力はF = 25N/m * 0.05m = 1.25Nです。
物体の受ける垂直抗力の計算
物体が机から受ける垂直抗力は、物体の重さとばねの反発力の合計に等しくなります。物体が机に押し付けられると、ばねの反発力が作用します。この場合、垂直抗力は物体の重さ5Nとばねの反発力1.25Nを合計したものになります。
最終的な結果
物体が机から受ける垂直抗力は、5N + 1.25N = 6.25Nとなります。
まとめ
この問題では、ばねの力と物体の重さを合計して垂直抗力を求めました。物理の問題では、ばね定数や変位などを適切に計算し、力のバランスを考えることが重要です。
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