物理分野の用語と知識の問題
水平な机の上に、中央に穴のあいたドーナツ形の磁石 A を置き、穴に鉛直な細い棒を通して棒を机に固定した。次に、同じ形の磁石 B を、A と同じ極どうしが向かい合うようにして棒に通したところ、B は A にふれることなく、A の少し上で浮いたまま静止した。ただし、棒と磁石の間の摩擦は考えず、棒は磁石に上下の向きの力をおよぼさないものとする。
このとき、「磁石 A が磁石 B を上向きに押す力（磁力）」の反作用にあたる力として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア 地球が磁石 B を下向きに引く力
- イ 磁石 B が地球を上向きに引く力
- ウ 磁石 B が磁石 A を下向きに押す力
- エ 机が磁石 A を上向きに押す力
- オ 磁石 A が机を下向きに押す力
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・反作用の 2 つの力は、たがいに相手の物体にはたらく。力のつり合いの 2 つの力は、1 つの物体にはたらく。
ヒント 2
「A が B を押す力」の反作用は、主語と目的語を入れかえた「B が A に……する力」になる。
ヒント 3
ア〜オのうち、「B が A に」力をおよぼしているものはどれかを探そう。ア は B にはたらく力どうしのつり合いの関係である。
答えと解説
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ウ
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解説を読む
ある物体 X が物体 Y に力を加えると、同時に Y も X に、同じ大きさで逆向きの力を加える。この 2 つの力の関係を作用・反作用といい、2 つの力はたがいに相手の物体にはたらく。一方、力のつり合いは、1 つの物体にはたらく 2 つの力が、同じ大きさ・逆向き・一直線上にある関係である。
「磁石 A が磁石 B を押す力」は、A が B におよぼす力なので、その反作用は「B が A におよぼす力」である。同じ極どうしはしりぞけ合うので、B は A を下向きに押している。よって正解は ウ。磁力のように、離れていてもはたらく力でも作用・反作用は成り立つ。
ほかの選択肢:
- ア 地球が磁石 B を引く力（B にはたらく重力）は、「A が B を押す力」と同じ B にはたらき、B が静止しているので大きさが等しく逆向きの力である。これはつり合いの関係で、作用・反作用ではない。
- イ 磁石 B が地球を引く力は、「地球が B を引く力（重力）」の反作用であり、「A が B を押す力」の反作用ではない。
- エ 机が磁石 A を押す力（垂直抗力）は、A にはたらく力で、A にはたらく重力や B から受ける力とつり合っている力の 1 つである。B が A におよぼす力ではないので、反作用ではない。
- オ 磁石 A が机を押す力は、「机が A を押す力」の反作用であり、B は関係していない。
別解
作用・反作用の法則より、物体 X が物体 Y に力をおよぼすとき、Y も X に大きさが等しく向きが反対の力を同一直線上でおよぼす。「A が B を上向きに押す力」の反作用は「B が A を下向きに押す力」である。
- ア: 地球が B を引く重力。B にはたらく力のつり合いの相手であり、反作用ではない（重力の反作用はイ）。誤り。
- イ: 重力の反作用。誤り。
- ウ: B が A を下向きに押す力。A が B を押す力の反作用。正しい。
- エ: 机が A を押す力。A にはたらく別の力。誤り。
- オ: A が机を押す力。エの反作用。誤り。
よって答えはウ。