物理分野の用語と知識の問題
次の (1)〜(3) のように、物体が静止している。
(1) 水平な机の上に本が置かれ、静止している。
(2) 天井からつるしたばねの下端におもりをつるしたところ、ばねがのびた状態でおもりが静止した。
(3) 水平な机の上に、2 つの磁石 A、B を少し離して置いた。A と B は互いに引き合ったが、机の面との間の摩擦力によって、どちらも動かずに静止した。
次のア〜カの 2 力の組のうち、作用・反作用の関係にあるものを、すべて選べ。
- ア (1) で、本にはたらく重力と、机が本を押す力
- イ (2) で、ばねがおもりを引く力と、おもりがばねを引く力
- ウ (2) で、おもりにはたらく重力と、ばねがおもりを引く力
- エ (3) で、磁石 A が磁石 B を引く力と、磁石 B が磁石 A を引く力
- オ (3) で、磁石 B が磁石 A を引く力と、机の面が磁石 A にはたらく摩擦力
- カ (1) で、本が机を押す力と、机が本を押す力
この問題で使うもの
- 力のつり合いと作用・反作用（説明と入口の問題）
- 力の種類とはたらき（説明と入口の問題）
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
作用・反作用と 2 力のつり合いは、どちらも「大きさが等しく、一直線上にあり、向きが反対」です。違いは、その 2 力がどの物体にはたらいているかです。
ヒント 2
作用・反作用は「A が B におよぼす力」と「B が A におよぼす力」の組で、2 力は別々の物体にはたらきます。2 力のつり合いでは、2 力が同じ 1 つの物体にはたらきます。
ヒント 3
ア・ウ・オは、2 力がどちらも同じ物体（本・おもり・磁石 A）にはたらいているので、つり合いの組です。残りの選択肢が、互いにおよぼし合う力の組になっているかを確かめましょう。
答えと解説
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イ, エ, カ
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解説を読む
作用・反作用の 2 力は、2 つの物体が互いに力をおよぼし合うときの力で、「A が B におよぼす力」と「B が A におよぼす力」の組になります。2 力は大きさが等しく、一直線上にあり、向きが反対ですが、それぞれ別の物体にはたらきます。
一方、2 力のつり合いの 2 力も大きさが等しく、一直線上にあり、向きが反対ですが、1 つの物体にはたらきます。この違いで見分けます。
- ア 本にはたらく重力（地球が本を引く力）も、机が本を押す力（垂直抗力）も、どちらも本にはたらく力です。本が静止しているのはこの 2 力がつり合っているためで、これは2 力のつり合いです。作用・反作用ではありません。
- イ 「ばねがおもりを引く力」と「おもりがばねを引く力」は、ばねとおもりが互いにおよぼし合う力で、はたらく物体が別々です。作用・反作用の関係にあります。
- ウ おもりにはたらく重力も、ばねがおもりを引く力（弾性力）も、どちらもおもりにはたらく力です。これは2 力のつり合いです。
- エ 「A が B を引く磁力」と「B が A を引く磁力」は、2 つの磁石が互いにおよぼし合う力で、はたらく物体が別々です。作用・反作用の関係にあります。
- オ B が A を引く磁力も、机の面が A にはたらく摩擦力も、どちらも磁石 A にはたらく力です。A が静止しているのはこの 2 力がつり合っているためで、これは2 力のつり合いです。
- カ 「本が机を押す力」は机にはたらき、「机が本を押す力」は本にはたらきます。本と机が互いにおよぼし合う力なので、作用・反作用の関係にあります。
したがって、答えは イ, エ, カ です。
別解
作用・反作用は、2つの物体の間で互いにはたらき合う力で、同一直線上にあり、大きさが等しく向きが反対である。力のつり合いは、1つの物体にはたらく2力の関係である。
ア：重力は地球が本を引く力、机が本を押す力は垂直抗力。どちらも本にはたらく力で、本が静止しているので力のつり合いの関係。作用・反作用ではない。→ 誤り。
イ：ばねがおもりを引く力はおもりにはたらき、おもりがばねを引く力はばねにはたらく。ばねとおもりの間で互いにはたらき合う力なので作用・反作用。→ 正しい。
ウ：どちらもおもりにはたらく力で、おもりが静止しているので力のつり合い。→ 誤り。
エ：磁石AがBを引く力はBにはたらき、BがAを引く力はAにはたらく。AとBの間で互いにはたらき合う力なので作用・反作用。→ 正しい。
オ：どちらも磁石Aにはたらく力で、Aが静止しているので力のつり合い。→ 誤り。
カ：本が机を押す力は机にはたらき、机が本を押す力は本にはたらく。本と机の間で互いにはたらき合う力なので作用・反作用。→ 正しい。
よって、答えはイ、エ、カ。