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図1のような装置を用いて,球がもつ位置エネルギーについて調べる実験を行った。
図1
実験では,質量の球Xを,球の高さが,,の位置から斜面にそって静かに転がして木片に衝突させ,木片が動いた距離をそれぞれはかった。
次に,球Xを,質量の球Y,質量の球Zにかえて,それぞれ実験を行った。図2は,実験の結果をもとに,球の高さと木片が動いた距離の関係をグラフで表したものである。
図2
ただし,球とレールとの間の摩擦や空気の抵抗は考えないものとし,球がもつエネルギーは全て衝突によって木片を動かす仕事に使われるものとする。また,質量の物体にはたらく重力の大きさをとする。
問1
球Xは斜面を転がった後,一定の速さでA点からB点を通ってC点まで水平なレール上を転がった。このように,一定の速さで一直線上を進む運動を何というか。
また,図3は,球XがB点を通過しているときの球Xを表している。このときの球Xにはたらく垂直抗力を,解答欄の図3に力の矢印で示せ。なお,力の作用点を
で示すこと。ただし,図3の1目盛りをとする。
図3

問2
図1の装置を用いて,質量のわからない球Mを,球の高さがの位置から斜面にそって静かに転がすと,木片が動いた。球Mの質量は何か。
問3
実験後,図4のような装置をつくり,球の運動のようすを調べた。
図4
実験では,球XをP点から斜面にそって静かに転がした。このとき,球Xは,Q点,R点,S点を通ってT点に達した。図5は,球XがP点からS点に達するまでの,球Xがもつ位置エネルギーの変化を,模式的に示したものである。
図5
球XがP点からS点に達するまでの,球Xがもつ運動エネルギーの変化を,解答欄の図5に記入せよ。