物理分野の用語と知識の問題
空のコップの口の上に厚紙のカードを水平にのせ、カードの中央、コップの口の真上に硬貨を 1 枚のせた。次の操作 1、操作 2 を行い、硬貨のようすを観察した。
| 操作 | 方法 | 結果 |
|---|---|---|
| 1 | カードの端を指で水平にすばやくはじいた | カードだけが横に飛んでいき、硬貨はほぼ真下に落ちてコップの中に入った |
| 2 | カードの端をつまみ、水平にゆっくりと引いた | 硬貨はカードといっしょに横に動き、コップの中には入らなかった |
操作 1 で、硬貨がカードといっしょに飛んでいかず、コップの中に落ちた理由として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
- ア カードをはじいた指の力が硬貨にも伝わり、硬貨を下向きに押したから。
- イ 静止していた硬貨には、そのまま静止し続けようとする性質があるから。
- ウ カードをはじいた瞬間だけ、硬貨にはたらく重力が大きくなったから。
- エ 硬貨には、カードと同じ速さで動き続けようとする性質があるから。
この問題で使うもの
- 慣性の法則と物体の運動（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（3 技能）
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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
物体が、それまでの運動のようす（静止または等速直線運動）を続けようとする性質を思い出そう。
ヒント 2
硬貨は最初、静止していた。すばやくはじいたとき、硬貨を横に動かす力はほとんどはたらいていない。
ヒント 3
指は硬貨にふれておらず、重力の大きさも変わらないので、ア・ウは除ける。残りの 2 つは、硬貨が続けようとするのが「静止」か「カードと同じ運動」かで判断しよう。
答えと解説
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イ
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解説を読む
物体には、外から力がはたらかないか、はたらいていてもつり合っているとき、静止している物体は静止し続け、運動している物体は等速直線運動を続けようとする性質がある。この性質を慣性といい、このことを慣性の法則という。
操作 1 では、カードをすばやくはじいたので、カードと硬貨の間で硬貨を横に動かす力がはたらく時間がごく短く、硬貨はほとんど横に動かされなかった。静止していた硬貨は慣性によってその場に静止し続けようとし、カードがなくなったあと、重力によってほぼ真下に落ちた。操作 2 でカードをゆっくり引くと、硬貨はカードとの間の摩擦力によって横に動かされる時間が長くなるので、カードといっしょに動いた。よって、正解は イ である。
正解でない選択肢について:
- ア 指はカードを水平にはじいただけで、硬貨にはふれていない。指の力が硬貨を下向きに押すことはない。硬貨が下に落ちたのは、カードがなくなって重力で落下したからである。
- ウ 硬貨にはたらく重力の大きさは、カードをはじいてもはじかなくても変わらない。
- エ 硬貨は最初は静止していたので、慣性によって続けようとするのは静止の状態である。カードと同じ速さで動き続けようとする性質があるなら、硬貨はカードといっしょに飛んでいくはずで、結果と合わない。
別解
硬貨は初め静止しており、慣性（物体が今の運動の状態を保とうとする性質）により静止し続けようとする。カードをすばやくはじくと、硬貨に横向きの力がほとんどはたらかないため、硬貨は静止したままで、カードがなくなると重力で真下に落ちる。
ア: 指の力は硬貨には直接伝わらず、硬貨が落ちる理由にならない。誤り。
イ: 静止していた硬貨が静止し続けようとする性質（慣性）による。正しい。
ウ: 重力の大きさは変わらない。誤り。
エ: 硬貨は初め静止しており、カードと同じ速さで動いていたわけではない。誤り（操作 2 の結果の説明にもならない）。
よって正解はイ。