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[A] 3段の滑車からなる輪軸がある。 3つの滑車の材質は均一で, 重心は円の中心にあり、各滑車どうしは互いに
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定されているため,それぞれが独立に動くことはない。この輪軸の中心を図1のように天井に固定して、
おもりA
B, Cをつるした。 以下, 輪軸を構成する滑車の半径を小さい方から10cm, 20cm, 30cmとし,糸の重さは考えないも
のとする。
図2
図3
ANN
図 1
12N
B
CA
B
(1) 図1において, おもりBの重さが9N, おもりCの重さが2Nのとき, 輪軸が回転せずに静止した。 おもり A
の重さは何Nか。
(2)(1)の状態から,おもりAを外して,輪軸が回転しないようにするには,図2の点Pにどのような力を加えた
ければならないか。 その力の向き (上向き・下向き)と大きさを答えよ。
(3)(2)の状態から,1段目の滑車につながる糸の一端を天井に固定した。その後,点Pに加えている力を除き、
輪軸の中心の固定もはずしたところ,輪軸は回転せずに静止した(図3)。 輪軸の重さは何Nか。
以下の問いについては, 2段の滑車からなる輪軸(材質は均一で,重心は円の中心にある) を考える。
この輪軸を鉛直に立てて, あらい水平面に置き、 内側の滑車に時計回りに糸を巻
いた(図4)。 図4において, 糸の端を真上に引いたときの様子を考察する。 このと
き,輪軸は倒れないものとし, 加える力の大きさは,輪軸が水平面から離れず,か
つ, 輪軸が水平面で滑らないようなものとする。 力を加えた直後の輪軸にはたらく
「力は,輪軸の中心に鉛直下向きの “重力”, 内側の滑車の円周上に鉛直上向きの
“張力”,外側の滑車と水平面の接触点における“垂直抗力”と“摩擦力”である。
回転の基準点を,輪軸と水平面の接触点に選ぶと, ( ① )は,基準点のまわりの
回転に影響しない。 一方で(2)は,輪軸を基準点に対して時計まわりに回転さ
せる効果があるので,輪軸は右方向へ動き出す。
(4)
ア. 重力
図4
上の文章の(1)(②)の中には、1つまたは複数の力の名称が入る。当てはまるものをすべて選べ。
摩擦力
イ. 張力
ウ 垂直抗力
(i)
(5) 図5の(i)(ii)は,図4の状態から,糸の巻き方を変えずに、物体を引く方向 図5
を変えたものである。 輪軸が水平面を離れたり,滑ったりしない程度の力を糸の
端に瞬間的に加えて引いた直後, 輪軸はどのように動き出すか。 以下のア~オか
ら選べ。ただし,同じものを繰り返し選んでよい 。
ア. 反時計回りに回転し、左方向に動き出す。
イ. 反時計回りに回転し、右方向に動き出す。
ウ. 時計回りに回転し, 左方向に動き出す。
時計回りに回転し、右方向に動き出す。
オ. 回転せず,動かない。
(ii)
O
O
