物理 一学期中間範囲
万有引力
中心間の距離がr[m]離れた質量M[kg]とm[kg]の物体間に働く万有引力…F=GMm/r^2
地上ではF=mgよりmg=GMm/R^2→GM=gR^2…変換公式として利用される
万有引力に基づいたケプラーの三大法則
第一法則:惑星は太陽を一つの焦点とする楕円軌道を描く
F=GMm/r^2=mv^2/r→v=√(GM/r)を満たせば円軌道。
第二法則:面積速度一定。rvsinθ/2が一定。ちなみに全部変数。
近日点と遠日点ではθ=90°のためsinθが消える。
第三法則:惑星の公転周期の二乗と楕円軌道の長半径の三乗が比例
…GMm/r^2=mv^2/rにv=2πr/T代入→T^2=4π^2/GM=r^3
第一宇宙速度:地球の表面を回り続けられる速さ。重力=引力=向心力ならいい。
mg=mv^2/R→v=√(gR)=√(Gr/R)
地上R+r[m]を回っている人工衛星の場合…F=GMm/((R+h)^2)=mv^2/(R+h)
万有引力による位置エネルギー:Fを積分すればいい。-GMm/r
たとえば。人工衛星の力学的エネルギーU=Uk+Up=mv^2/2-GMm/rが保存される
第二宇宙速度:地球の重力圏を脱出できる速さ。
位置エネルギー最大(無限遠で0)のとき、速度を持っていればいい。
→U=mv0^2/2-GMm/R≧0→v0≧√(2GM/R)=√(2gR)
慣性力…ある加速度で動いている人から見た時物に加速度と逆向きに働いているように見える力。
あくまで見かけの力。円運動の場合は遠心力というよ。
慣性力:見てる人の加速度と逆向きにma[N]、遠心力:円の外側向きにmv^2/r=mrω^2[N]
電磁気
・Fe,Co,Niが磁石につくよ。強磁性体。ちなみに遷移元素だから横に似てるのです。
・一番力が強いところが磁極。
・磁石って、強磁性体って、分子磁石とか磁区とか呼ばれるものが集まってできてるのです。
それがそろえば磁石で、そろってないのが強磁性体。
クーロンの法則(磁気):F=km0m1m2/r^2 要するに離れて働く力の形は全部これ。
m1,m2の単位は[Wb]。ウェーバー。
m1=m2=1[Wb],r=1[m]のときF=6.3*10^4[N]になる。
つまりkm0=6.3*10^4[N*m^2/Wb^2]=10^7/(4π)^2=1/4πμ0
μ0:真空の透磁率。μ0=4π*10^7[Wb^2/N*m^2]
右ねじの法則:右ねじが進む向き…電流の向き、右ねじを回す向き…磁力線の向き
磁力の強さ:その磁場に1[Wb]の磁極を置いたとき受ける力の大きさ。H[N/Wb]。F=mH。
アンペールの法則:磁場の強さは電流量に比例、距離に反比例。
→電流から等距離にある円考えればいいよね?
H=I/2πr ちなみにr[m]。→1[N/Wb]=1[A/M]→1[Wb]=1[J/A]
→I[A]の電流の周りを1[Wb]のものを向きに逆らって一週回すとI[J]だよ。
・磁力線の性質=電気力線の性質
円形電流:中央に直線的な磁場を作るよ。
右手の指をコイルの向きにしてみたりとかすると親指は北を指すのです。
中央の磁場の強さ:H=I/2r
アンペールの法則はあくまで電流単体の周りの磁場なのです。こっちは一杯。
電磁石:強くする→単位長さあたりの巻き数を多く、電流を強く、軟鉄棒を入れる
必要なときだけ磁石にできる。
コイル内の磁場の強さ:H=NI/L=nI(n:単位長さあたりの巻き数)