【中学理科作図問題】力と圧力・水圧・浮力に関する作図問題です。
【作図問題】力と圧力・水圧・浮力
垂直抗力の作図
下の図は、机の上に置いて静止しているおもりのようすを表している。このおもりにはたらく重力は作図してあるので、これとつりあう垂直抗力を作図しなさい。
解答
垂直抗力の作図で注意したいのが作用点の位置です。垂直抗力は、机などの面がおもりを押し返す力なので、机とおもりの境界面に作用点を取るようにします。
糸でつるされたおもりの作図
下の図は、糸でつるされて静止している質量300ｇのおもりのようすを表している。このおもりにはたらいている力を作図しなさい。ただし、100ｇの物体にはたらく重力の大きさを1Ｎとし、下の図の1マスは1Ｎを表しているものとする。
解答
おもりにはたらく力は、重力と糸がおもりを引く力です。おもりにはたらく重力はおもりの中心から下向きに3Ｎ引きます。糸がおもりを引く力は、おもりと糸の接点に作用点を取り、うえ向きに3Ｎ引きます。作用点の位置に注意が必要です。
フックの法則 グラフ
ばねにいろいろな重さのおもりをつりさげ、ばねの伸びを調べる実験を行った。このばねに100ｇのおもりをぶら下げると、ばねの伸びは20cmになった。このばねの伸びと、おもりの重さとの関係を表すグラフを書きなさい。
解答
ばねの伸びと、ばねに加わる力の大きさは比例します。100g（1N）のおもりをぶら下げると、ばねの伸びが20cmになっていることから、0.1Nのおもりで2cmの長さになります。あとは原点を通る直線を作図すれば完成です。
台ばかりの値 グラフ
下の図のように、台はかりに400gの物体をのせ、ばねばかりを使って引き上げる実験を行った。このとき、台はかりの値とばねばかりの値はどのように変化するか。グラフを完成させよ。
解答
400gの物体にはたらく重力の大きさは4.0Nになります。最初はばねばかりで引いていないので、台はかりは4.0Nを示しますが、ばねばかりで上に引くとその分値は小さくなっていきます。物体が宙に浮いた状態になると、台はかりは0Nを示し、ばねばかりは4.0Nを示します。
浮力の大きさとグラフ
下の図のように、質量500gで高さ8cmの円柱形の物体を水の中に沈める実験を行った。この物体が完全に水につかると、浮力の大きさが2.0Nになるとすると、物体の底面から水面までの距離と、ばねばかりの値のグラフはどのようになるか。下のグラフを完成させなさい。
解答
物体の質量が500gなので、物体にはたらく重力の大きさは5.0Nになります。物体の底面と水面までの距離が0cm、つまり、まだ物体が水につかっていないとき、ばねばかりは5.0Nを示します。物体を水の中に沈めていくと物体に浮力が生じるので、その分ばねばかりの値は小さくなっていきます。物体を完全に水に沈めると、物体には2.0Nの浮力が生じるので、ばねばかりの値は、5.0－2.0＝3.0Nを示します。物体が完全に水につかるには、円柱の高さが8cmなので、物体の底面と水面までの距離が8cmのとき、物体が完全に水につかったことになります。物体が完全に水につかると、浮力の大きさは深かろうが浅かろうが一定に大きさになるので、グラフはこれ以降、水平になります。
水圧の作図
下の図は、水中にある物体にはたらく水圧のようすを矢印を使って表したものである。今、物体の上面にはたらく水圧を矢印で表しているが、物体の側面や下面にはたらく水圧のようすも、矢印を使って書き表しなさい。
解答
水圧は、水の重さによる圧力で、深ければ深いほど大きくなっていきます。したがって、深い位置の矢印ほど長くなり、下面にはたらく矢印が最も長くなります。また、水圧はあらゆる向きにはたらき、面に対しては垂直にはたらきます。
浮かんだ物体の力の作図
下の図は、水面に質量300gの物体が浮かんでいるようすを表している。この物体にはたらく力を書き入れなさい。ただし、100gの物体にはたらく重力の大きさを1.0Nとし、下の図の1マスは1.0Nを示しているものとする。
解答
物体の質量が300gなので、物体にはたらく重力の大きさは3.0Nになります。なので、物体の中心から下向きに3目盛り分、重力を作図します。この重力とつりあっている力が、物体にはたらく浮力です。浮力の大きさも3.0Nにならないといけないので、物体の中心から3目盛り分矢印を上に引きます。浮力も重力と同じように、物体全体にはたらく力ですので、物体の中心に作用点が来ることも覚えておきましょう。
コメント