円運動・単振動・万有引力（知識）の問題

なめらかな水平な台の中央に小さな穴をあけ、軽くて伸びない糸を通した。台の上側の糸の端に小球をつけ、台の下側の糸の端を手で持って、小球を穴を中心とする水平面内の円周上で一定の速さで回転させた。小球にはたらく力は、重力・台からの垂直抗力・糸の張力だけとし、空気抵抗は無視する。運動は台に対して静止している観測者から見たものとする。この小球の運動について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

「小球が円運動をしているとき、円の中心向きの向心力の役割をしているのは（　a　）である。小球がある点を通過する瞬間に手を離して糸をゆるめ、糸が小球を引かなくなると、小球はその瞬間の位置から（　b　）にまっすぐ進む。」

なめらかな水平面上に鉛直な細い棒を立て、軽くて伸びない糸の一端を棒に、他端を質量 $m$ の小球に結びつけた。小球を水平面上で動かしたところ、糸がぴんと張ったまま、小球は棒を中心とする半径 $r$ の円周上を一定の角速度 $\omega$ で回転した。この小球の運動について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

「小球と同じ角速度で回転する観測者から見ると、小球は静止して見え、小球には糸の張力のほかに、（　a　）向きに大きさ $mr{\omega }^2$ の遠心力がはたらき、水平方向の力がつりあって見える。一方、水平面に対して静止している観測者が小球の運動を考えるときは、遠心力を（　b　）。」

$xy$ 平面上で、点 P が原点 O を中心とする半径 $A$ の円周上を、一定の角速度 $\omega$ で等速円運動している。点 P から $x$ 軸に下ろした垂線と $x$ 軸との交点を Q とする（Q は P の $x$ 軸への正射影）。このとき Q は、$x$ 軸上で原点 O を中心とし、振幅 $A$ の単振動をする。Q の変位を $x$ とし、$x$ 軸の正の向きを正とする。

Q の運動について述べた次の文ア〜オのうち、正しいものをすべて選べ。

• ア　Q の速さは、Q が原点 O を通過するときに最大となり、その大きさは $A\omega$ である。
• イ　Q の加速度の大きさは、Q が原点 O を通過するときに最大となる。
• ウ　Q の速さは、Q が $x=A$ や $x=-A$ の位置（振動の端）にきたときに 0 となる。
• エ　Q の加速度の向きは、つねに Q の速度の向きと同じである。
• オ　Q の加速度は $-{\omega }^{2}x$ と表され、つねに変位と逆向きで、大きさは変位の大きさに比例する。

地球のまわりを等速円運動している 2 つの人工衛星 A, B がある。衛星 A は地表から高さ約 $400\mathrm{km}$ の円軌道を回っており、衛星 B は静止衛星である。衛星 B の軌道半径は衛星 A の軌道半径より大きい。どちらの衛星にも、はたらく力は地球からの万有引力だけであるとする。衛星 A, B について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　衛星 B の速さは、衛星 A の速さより大きい。
• イ　衛星 B が地球のまわりを 1 周する周期は、衛星 A の周期より短い。
• ウ　衛星 B は、赤道の上空を、地球の自転と同じ向きに、自転と同じ周期で回っている。
• エ　衛星 A には、地球からの万有引力のほかに、円の中心向きの向心力という別の力がはたらいている。

水平な円板が、鉛直な中心軸のまわりを一定の角速度 $\omega$ で回転している。円板上の、中心軸から距離 $r$ の位置に質量 $m$ の小物体が置かれていて、小物体は円板に対してすべらずに、円板と一緒に回転している。

円板の外で静止している観測者から見ると、小物体は等速円運動をしており、円板から受ける静止摩擦力が向心力となっている。一方、円板の上に乗って円板と一緒に回転している観測者から見ると、小物体は静止している。この観測者は、小物体にはたらく静止摩擦力（中心軸の向き、大きさ $mr{\omega }^2$）とつりあうように、中心軸から遠ざかる向きに大きさ $mr{\omega }^2$ の力が小物体にはたらいていると考えると、小物体が静止していることを説明できる。

この力は、ほかの物体から受ける力ではなく、加速度運動をする観測者が考える見かけの力（慣性力）の一種である。回転する観測者が考える、回転の中心から遠ざかる向きにはたらくこの慣性力を何というか。漢字で答えよ。