問 題
滑車に関する次の記述の ㋐、㋑ に当てはまるものの組合せとして最も妥当なのはどれか。
「図のように、糸と軽くて滑らかな滑車で構成された系において、動滑車に質量 m の小物体をつり下げた。この小物体を長さ h だけ鉛直方向にゆっくりと引き上げるためには、糸の一端 A を大きさ ㋐ の力で長さ ㋑ だけ鉛直下向きにゆっくり引っ張る必要がある。ただし、重力加速度の大きさを g とする。」
正解 (2)
解 説
図に出てくる２つの滑車は、右の滑車が天井についているため「定滑車」です。力の向きを変える滑車です。左の滑車は「動滑車」です。力が加わると、自分も動く滑車です。
質量 m の物体には、下向き mg の力が作用します。また、滑車において糸の張力はどこも同じ大きさです。そのため、動滑車の左側も 上向きに A で引かれています。
小物体がゆっくりと動く時、下向きの力 mg = 上向きの力 A + A です。従って、A = mg/2 の力で引っ張れば、ゆっくりと動きます。㋐ は mg/2 です。正解は 1 or 2 です。
動滑車では、ひもを 長さ x ひくと、滑車が x/2 動きます。これは動滑車に関する基礎知識です。本問では長さ h だけ引き上げるということなので、ひもを 2h ひけば、滑車が h 動き、小物体も h 動きます。㋑ は 2h です。
以上より、正解は 2 です。
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