質量2.0kgの物体について、基準面を(1)床の面、(2)テーブルの面、(3)天井の面としたとき、重力による位置エネルギーを求める問題です。重力加速度は$g=9.8 m/s^2$とします。

1. 問題の内容

質量2.0kgの物体について、基準面を(1)床の面、(2)テーブルの面、(3)天井の面としたとき、重力による位置エネルギーを求める問題です。重力加速度は$g=9.8 m/s^2$とします。

2. 解き方の手順

重力による位置エネルギー$U$は、$U = mgh$ で求められます。ここで、$m$は質量、$g$は重力加速度、$h$は基準面からの高さです。

(1) 床の面を基準面とした場合

$m = 2.0 kg$

$g = 9.8 m/s^2$

$h = 1.0 m$（テーブルの高さ） + $3.0 m$（天井までの高さ）= $4.0 m$

したがって、$U = (2.0 kg)(9.8 m/s^2)(4.0 m) = 78.4 J \approx 78 J$

(2) テーブルの面を基準面とした場合

$m = 2.0 kg$

$g = 9.8 m/s^2$

$h = 0 m$

したがって、$U = (2.0 kg)(9.8 m/s^2)(0 m) = 0 J$

(3) 天井の面を基準面とした場合

$m = 2.0 kg$

$g = 9.8 m/s^2$

$h = -3.0 m$

したがって、$U = (2.0 kg)(9.8 m/s^2)(-3.0 m) = -58.8 J \approx -59 J$

3. 最終的な答え

(1) 78 J

(2) 0 J

(3) -59 J