qO3F9

水平な実験台の上で、台車の加速度運動を調べる実験を、2通りの方法で行った。
まず、記録タイマーを使った方法では、図1のように、台車に記録タイマーに通した記録テープを取りつけ、反対側に軽くて伸びないひもを取りつけて、軽くてなめらかに回転できる滑車を通しておもりをつり下げた。このおもりを落下させ、台車を加速させた。ただし、記録テープも記録タイマーも台車の運動には影響しないものとする。

図 1

図2のように、得られた記録テープの上に定規を重ねて置いた。この記録タイマーは毎秒60回打点する。記録テープには6打点ごとの点の位置に線が引いてある。

図 2

　

（問1）qO3F8

（問2）qO3F8

次に、台車から記録テープを取りはずし、図3のように加速度測定機能のついたスマートフォンを台車に固定し、加速度を測定した。

図 3

測定を開始してからおもりを落下させ、台車がストッパーによって停止したことを確認して測定を終了した。
スマートフォンには図4のような画面が表示された。図4は縦軸が加速度、横軸が時間である。ただし、スマートフォンは台車の進む向きを正とした加速度を測定している。また、台車が停止する直前の加速度はグラフの表示範囲を超えていた。

図 4

　

（問3）qO3F8

（問4）qO3F8

（問5）台車を引いているおもりが落下しているとき、おもりのエネルギーの変化として最も適当なものを、次の①～⑥のうちから一つ選べ。

① ② ③ ④ ⑤ ⑥
おもりの位置エネルギー 増加 増加 増加 減少 減少 減少
おもりの運動エネルギー 増加 減少 減少 増加 増加 減少
おもりの力学的エネルギー 増加 一定 減少 一定 減少 減少

#共テ21本試物理基礎

（問5）おもりの高さは低くなっていくので当然位置エネルギーは 減少 していきます。

そしておもりは速さが増していくので運動エネルギーは 増加 していきます。

そしてその両方の合計である力学的エネルギーは一方が減ったら他方が増えるので 一定です 。いや、これは間違いです。『自由落下運動における力学的エネルギー保存の法則』や『単振り子の力学的エネルギー』や『ばね振り子の力学的エネルギー』で示した例ではそうだったかもしれませんが、今回は違います。台車がつながっています。位置エネルギーが減った分はおもりの運動エネルギーだけでなく台車とスマートフォンの運動エネルギーの増加分にも使われます。全部をひっくるめて力学的エネルギーが保存されています。そうでないとすると台車とスマートフォンはどこからもエネルギーを得ずに加速したということになってしまいます。
つまり、おもり単体でみたときの力学的エネルギーは 減少 します。

答えは ⑤ です。