力と運動（知識）の問題

なめらかな水平な床の上に、軽いばねを水平に置き、ばねの左端を壁に固定した。ばねの右端に小物体を押し当て、ばねを自然の長さから左向きに $x$ だけ縮めた位置で、小物体を手で支えて静止させた。このとき、ばねは小物体を右向き（ばねが自然の長さにもどろうとする向き）に押している。

ばねが小物体に及ぼすこの力の大きさ $F$ は、ばねの全長ではなく、自然の長さからの縮み $x$ に比例し、ばねによって決まる正の定数 $k$ を用いて
$$F=kx$$
と表される。この関係は、ばねを伸ばした場合も、自然の長さからの伸びを $x$ として同じように成り立つ。

この比例定数 $k$ を何というか。

エアホッケー台の水平な面の上で、パックを手で押して滑らせてから手をはなした。台の面は空気の噴き出しによってなめらかになっており、手をはなしたあとのパックには、水平方向の力ははたらかないものとする。また、パックにはたらく重力と台からの垂直抗力はつり合っている。空気抵抗は無視する。

手をはなしたあと、パックは「進む向きに押し続ける力」がはたらいていないにもかかわらず、一定の速さで一直線上を進み続けた。

このように、物体に力がはたらいていないとき、または物体にはたらく力の合力が $0$ のとき、静止している物体は静止し続け、運動している物体は等速直線運動を続ける。この法則を何というか。

粗い水平な机の上で本を指ではじいたところ、本は机の上をすべり、しだいに速さを減らした。本が机の上をすべっている間、本には、すべる向きと逆向きに、机から摩擦力がはたらいている。空気抵抗は無視する。

本が机から受ける垂直抗力の大きさを $N$ とすると、本がすべっている間にはたらく摩擦力の大きさ $F^{\prime }$ は、本と机の面の材質や状態で決まる定数 ${\mu }^{\prime }$ を用いて
$$F^{\prime }={\mu }^{\prime }N$$
と表され、すべる速さや接触面の面積にはよらない。

この定数 ${\mu }^{\prime }$ を何というか。

大きさのある物体（剛体）では、物体の各部分に重力がはたらいている。これらの重力をすべて合わせると、1 つの合力（大きさは物体全体の重力の大きさ $mg$、向きは鉛直下向き）とみなすことができる。この合力の作用点に糸をつけて物体をつるすと、物体はどの向きにしても回転せずにそのまま静止する。

また、一様な太さの針金を曲げてつくった円形の輪では、この作用点は輪の円の中心にあり、針金そのものの上にはない。このように、この作用点は物体の外にあることもある。

物体の各部分にはたらく重力の合力の作用点を何というか。漢字で答えよ。

エレベーターが、鉛直上向きに一定の大きさ $a$ の加速度で上昇している。エレベーターの水平な床の上には質量 $m$ の箱が置かれていて、箱は床に対して静止している。箱にはたらく実際の力は、重力と床からの垂直抗力だけとする。

この箱にはたらく力と慣性力について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　エレベーターの中の観測者から見ると、箱には鉛直上向きに大きさ $ma$ の慣性力がはたらくように見える。
• イ　エレベーターの中の観測者から見て箱にはたらく慣性力は、床が箱に及ぼす力であり、その反作用は箱が床を押す力である。
• ウ　地面に対して静止している観測者から見ても、箱には大きさ $ma$ の慣性力がはたらいていると考える。
• エ　エレベーターの中の観測者から見ると、箱には鉛直下向きに大きさ $ma$ の慣性力がはたらくように見え、重力・垂直抗力・慣性力の 3 力がつり合っている。