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断面積S[m^2]のシリンダーが鉛直に置かれ，内部にn[mol]の単原子分子からなる理想気体が閉じこめられている。軽いピストンの上に質量 M[kg]のおもりをのせ、おもりのまわりを真空にした。このとき、ピストンは、底から高さh_0[m]の位置で静止した。
次の各問に答えよ。ただし、重力加速度の大きさをg[m/s^2]，気体定数をR[J/（mol・K）]とする。
（1） 気体の圧力，温度をそれぞれ求めよ。
次に、ヒーターから気体に熱を与えたところ、気体は膨張し、ピストンは、底から高さh_1[m]の位置で静止した。
（2） 気体が外部にした仕事は何Jか。
（3） 気体の内部エネルギーの変化量は何Jか。
（4） 気体が受け取った熱量は何Jか。

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地球の半径をR,地表での重力加速度の大きさをgとする。地表から,高度Rの円軌道をまわっている質量mの人工衛星について,次の各問に答えよ。
(1) 人工衛星の速さを求めよ。
(2) 人工衛星の力学的エネルギーを,m,g,Rを用いて表せ。ただし,万有引力による位置エネルギーの基準を無限遠とする。

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単振動の基礎I