運動とエネルギーの問題
まっすぐな棒を支点で支えて、てこをつくりました。支点から左に はなれた棒の上の位置に質量 の物体をのせ、支点から右に はなれた位置を手で真下に押して、棒を水平に保ちました。このとき、手が棒を押す力の大きさは何 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、棒の質量は考えないものとします。
この問題で使うもの
- てこと仕事(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
技能「てこと仕事」のうち、てこのつり合いを使います。(支点からの距離)×(力の大きさ)が支点の左右で等しくなります。
ヒント 2
まず、質量 の物体にはたらく重力の大きさを求めましょう。
ヒント 3
物体の重さは です。手が押す力を として を解きます。
答えと解説
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解説を読む
てこが水平につり合っているとき、
が支点の左右で等しくなります。
1. 物体の重さ
なので、物体にはたらく重力の大きさは
です。これが支点の左 の位置で棒を下に押します。
2. てこのつり合い
手が押す力を とすると、
よって、手が棒を押す力の大きさは です。
(参考)手は支点から物体までの 倍の距離のところを押すので、力は物体の重さの ですみます。そのかわり、物体を持ち上げるときに手を押し下げる距離は 倍になり、仕事の大きさは変わりません(仕事の原理)。
別解
質量 なので重力は 。てこのつりあい(力×支点からの距離が左右で等しい)より、手が押す力を とすると 。 より 。検算: 右回り 、左回り で等しい。