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大学入試難問(数学解答&物理⑭(気体))

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 まずは、先週の数学の解説から!

先週の問題 数学㉘(面積と回転体の体積)

<問題>

(1)不定積分 I=∫e-xsinxdxを求めよ。

(2)0≤x≤2πの範囲で、y=e-xsinxとx軸で囲まれた部分の面積を求めよ。

(3)0≤x≤2πの範囲で、y=e-xsinxとx軸で囲まれた部分をx軸を中心に回転してできる立体の体積を求めよ。

<ヒント>

(1)部分積分を利用しよう。

(2)(1)の結果を利用。

(3)回転体の体積を求めるわけだけど、頑張って計算だ!

<解答>

部分積分は、練習して慣れて下さいね。それでは今週の問題。今回は、物理(気体)です。

今週の問題 物理⑭(気体)

<問題>

 図のように、真空中で鉛直に置かれたシリンダーの中に、断面積S、質量Mのなめらかに動くピストンがあり、ばねで吊り下げられている。シリンダー内は、理想気体が入っており、圧力P0、体積V0、温度T0でつり合っている。シリンダー内の温度をTに上昇すると、ばねは自然長になった。重量加速度をg、ばねの質量は無視できるものとし、以下の問いに答よ。

(1)理想気体が圧力P0、体積V0、温度T0のときの、ピストンにかかるばねの力を求めよ。

(2)温度Tでのシリンダー内の圧力を求めよ。

(3)理想気体の温度がT0のときのばねの伸びを求めよ。

<ヒント>

(1)ばねの弾性力をfとおいて、ピストンの運動方程式(つり合いの式)を立てる。

(2)ばねは自然長なのでf=0

(3)ボイル・シャルルの法則を使おう。

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