条文・判例・学説を体系的に整理
誘電体を半分挿入した蓄電器の電気量
電気容量Cの平行板コンデンサーに、極板面積の半分を占めるように比誘電率ε_rの誘電体を挿入し、電圧Vの電池に接続したままにすると、蓄えられる電気量は(ε_r+1)CV/2である。
水平なカーブを滑らずに曲がる最大の速さ
水平なカーブを、静止摩擦係数μ、半径Rで滑らずに曲がれる車の最大の速さは、√(μgR)である。
孤立系の内部エネルギー
外部と熱や仕事のやり取りがない孤立系では、内部エネルギーは変化しない。
断熱変化における仕事と内部エネルギー
断熱変化では熱交換がなく、系が外部に正の仕事をすれば内部エネルギーは減少するが、理想気体の断熱自由膨張では仕事が0で内部エネルギーも温度も変わらない。
理想気体の内部エネルギー
理想気体の1mol当たりの内部エネルギーは温度のみで定まり、体積や圧力には依存しない。
熱機関のはたらき
熱機関は、高温熱源から受け取った熱の一部を仕事に変え、残りを低温熱源へ捨てる。
熱の自発的な移動の向き
熱は、温度の高い物体から低い物体へ自発的に移動する。
棒磁石落下の誘導電流とレンツの法則
棒磁石のS極を下にしてコイルに落下させると、電流は、通過前は鉛直上方から見て時計回り、通過後は反時計回りに流れ、N極が下の場合はこの逆になる(レンツの法則)。
断熱された容器内の理想気体の平衡温度
断熱された連結容器内で、同じ種類の単原子分子理想気体(容器1:2.0mol・300K、容器2:1.0mol・600K)がコックを開いて混合し平衡状態になったときの温度は、内部エネルギー保存の式により400Kである。
天体の質量と表面重力加速度
半径が地球の1/2倍で表面の重力加速度が地球の2/5倍である天体の質量は、地球の質量の1/10倍である。
北半球のフーコー振り子の回転方向
北半球のパリで、上から見たフーコーの振り子の振動面は、時間とともに時計回りに回転する。
振動面が回転して見える原因(転向力)
振り子の振動面が回転して見えるのは、自転している地球から振り子を見ているために生じる転向力(コリオリ力)による。
フーコー振り子の緯度別の一日の回転角
緯度φでは、地上から見た振り子の振動面は1日に約360°×sinφ回転して見える。
薄膜干渉の強め合う条件(反射防止膜)
屈折率1.8のレンズに屈折率1.5の薄膜を付け、波長6.6×10^-7 mの光を空気中から垂直に入射させたとき、透過光が強め合う薄膜の厚さの最小値は1.1×10^-7 mである。
摩擦面上の剛体球の並進と回転
摩擦のある水平面上で剛体球の中心に水平な撃力を与えると、球は滑りながら進み、滑り摩擦によって並進運動は減速し、回転運動は加速し、並進速度vと回転の角速度ωが転がり条件v=rωを満たすと一定の速さで転がり続ける(転がり摩擦は考慮しない)。
斜面上の立方体・球・球殻の加速度
同じ傾斜角の斜面で、滑る立方体、転がる球、転がる球殻の重心の加速度は、立方体>球>球殻の順に大きい。
小円板を切り取った円板の重心
面密度が一様な半径aの円板から、中心が元の中心よりa/2離れた内接する半径a/2の小円板を切り取ると、残部の重心は元の中心から小円板と反対方向にa/6の位置となる。
磁場中の荷電粒子の円運動の半径
磁束密度Bの一様な磁場に垂直な平面内を速さvで円運動する質量m・電荷の大きさqの荷電粒子の円運動の半径は、mv/(qB)である。
等質量弾性球の衝突の散乱角と衝突径数
半径r・等質量の剛体球Aが初め静止した球Bに完全弾性衝突し、接触面の法線方向にのみ撃力が働くとき、Aの進行方向が衝突前から60度それた場合の衝突径数はrである。
人工衛星の周回周期の導出
地表からhの高さを円運動する人工衛星の周期は、軌道半径r=R+hとして、万有引力が向心力となり、地表での重力がmg=GMm/R^2(GM=gR^2)であることから、T=2π√((R+h)^3/(gR^2))である。