<問題>
<解答>
問題文にあるように,静止した床からみると小球が静止しているので,回転した板からみると小球は中心が原点Oで半径$R$の等速円運動をします.
角速度が$\omega$なので,円運動の速さは$R\omega$です.
回転した板からみているので,小球からOに向かう方向と逆方向に大きさ$mR\omega^{2}$の遠心力がはたらきます.
一方,小球の向心方向の加速度は
$R\omega^{2}$
となります.遠心力だけだと明らかに原点Oに向心力が向きません.そこで,なにかしらの力$F$が原点Oの向きにはたらくはずです.
★ 向心方向の運動方程式より
$mR\omega^{2}=F-mR\omega^{2}$
$\therefore\,\, F=2mR\omega^{2}$(答)
この力$F$は一体何なんだという話なのですが,これは高校物理ではできなくともかまいません.(テーマとしては出題されることもあります.)
このように,回転した座標からみたときに対象の物体に速度をもつと,遠心力の他に「コリオリ力」という慣性力がはたらきます.
反時計回りに回転した座標からみるとコリオリ力の向きは速度の向きから右回りに90$^{\circ}$の方向でその大きさは
$2mv\omega=2m\times R\omega \times \omega=2mR\omega^{2}$
となり,確かに一致しています.
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