力と運動（知識）の問題

なめらかな水平面上を、台車が東向きに進んでいる。この台車に水平な糸をつけ、糸を西向きに一定の大きさ $F$ の力で引いた。台車にはたらく水平方向の力はこの糸の力だけであり、摩擦と空気抵抗は無視する。糸は軽くて伸びないものとする。また、台車にはたらく重力と面からの垂直抗力はつり合っている。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。

> 台車が東向きに進んでいる間、台車の加速度の向きは（ a ）である。また、糸を引く力の大きさ $F$ を変えずに、台車に荷物をのせて全体の質量を 2 倍にすると、加速度の大きさは（ b ）になる。

なめらかな水平な氷の上で、スケート靴をはいて静止していた 2 人の人 P と Q が向かい合い、P だけが両手で Q を水平に押した。Q は押しかえそうとしなかったが、P と Q はどちらも互いに離れる向きに動き出した。氷と靴の間の摩擦と空気抵抗は無視する。

これは、P が Q を押す力を加えると同時に、Q も P に力を及ぼしているためである。2 つの物体が互いに力を及ぼし合うとき、一方が他方に及ぼす力と、他方が一方に及ぼす力は、同じ作用線上にあり、大きさが等しく、向きが逆である。この関係は 2 人の質量や運動のようすによらずつねに成り立つ。

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。

天井に軽くて伸びない糸の上端を固定し、下端に小さな照明器具をつるしたところ、照明器具は糸が鉛直になった状態で静止した。空気の影響は無視する。

照明器具には、地球が引く重力のほかに、糸から受ける力がはたらいている。糸から受けるこの力は、照明器具と糸が接触している（つながっている）ときにだけはたらき、糸に沿って、照明器具を糸のほうへ引く向き（この場合は鉛直上向き）にはたらく。

このように、ぴんと張った糸が、糸につながれた物体を引く力を何というか。漢字で答えよ。

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。