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運動とエネルギーの問題

難易度 1教科書の例題レベル中学理科 運動とエネルギー

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。

手で押す支点

この問題で使うもの

この問題を解けるようになるまで(3 技能)
算数中学高校大学大学院

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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。

一覧で見る(前提が先)
  1. 重力と力の大きさ
  2. 仕事
  3. てこと仕事

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。

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