力のはたらきの問題
質量 のおもりを、天井に固定した糸でつるしたところ、おもりは静止しました。このとき、糸がおもりを引く力の大きさは何 N ですか。ただし、質量 の物体にはたらく重力の大きさを とし、糸の質量は考えないものとします。
この問題で使うもの
- 2 力のつり合いと作用・反作用(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(2 技能)
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右端(太枠)がこの問題で使う技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
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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
2 力のつり合いを使います。静止している物体にはたらく 2 つの力は、同じ大きさ・反対向き・同一直線上です。
ヒント 2
おもりにはたらく力は「重力(下向き)」と「糸がおもりを引く力(上向き)」の 2 つです。まず重力の大きさを求めましょう。
ヒント 3
おもりにはたらく重力の大きさは で求められます。この重力とつり合う力が、糸がおもりを引く力です。
答えと解説
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解説を読む
おもりにはたらく力を調べる
おもりにはたらいている力は、次の 2 つです。
- 地球がおもりを引く重力(下向き)
- 糸がおもりを引く力(上向き)
重力の大きさを求める
質量 の物体にはたらく重力が なので、質量 のおもりにはたらく重力の大きさは
2 力のつり合いを使う
おもりは静止しているので、おもりにはたらく 2 つの力はつり合っています。つり合っている 2 力は、同じ大きさで、向きが反対で、同一直線上にあります。
よって、糸がおもりを引く力は、重力と同じ大きさの (上向き)です。
(なお、「糸がおもりを引く力」と「おもりが糸を引く力」は作用・反作用の関係にある 2 力で、はたらく物体がちがいます。ここでつり合いを考えたのは、どちらもおもりにはたらく「重力」と「糸がおもりを引く力」です。)
別解
おもりにはたらく重力の大きさは N。おもりは静止しているので、力はつり合っており、糸がおもりを引く力は重力と大きさが等しく、向きが反対(上向き)。よって N。確かめ: 上向きの力 2.5 N と下向きの重力 2.5 N がつり合っている。