GBO004 問題3
問題文
鉛直方向に力を受ける物体の力のつり合いと垂直抗力
問題文
水平で滑らかな床の上に、質量 m の物体が静止している。この物体に対し、鉛直上向きに大きさ F0 の一定の力を加えて持ち上げようとしたが、物体は床から離れずに静止したままであった。
地球表面付近の重力加速度の大きさを g とする。このとき、物体にはたらく重力の大きさは Fg=mg と表される。物体が床から受ける垂直抗力の大きさを N とするとき、鉛直方向の力のつり合いの式を立てて N を求めよ。
制約
- m=4.50kg
- g=9.80m/s2
- F0=14.7N
入力形式
求める垂直抗力の大きさ N を N を単位として表した数値を、既約分数 qp(p,q は互いに素な自然数)で表す。このとき、分子と分母の和 p+q の値を求めよ。
解説
力の抽出と向きの整理
物体にはたらく鉛直方向の力は以下の3つです。
- 重力:鉛直下向きに大きさ Fg=mg
- 加えた力:鉛直上向きに大きさ F0
- 床からの垂直抗力:鉛直上向きに大きさ N
つり合いの式の立式
物体は静止しているため、鉛直上向きの力の合計と、鉛直下向きの力の合計が等しくなります。したがって、つり合いの式は次のように立式できます。
N+F0=mgこの式を N について解くと、次のようになります。
N=mg−F0数値の代入と計算
与えられた制約の値を代入します。
mg=4.50kg×9.80m/s2=44.1N N=44.1N−14.7N=29.4N入力値の決定
得られた結果 29.4N を N を単位として既約分数で表します。
29.4=10294=5147したがって、p=147、q=5 となり、互いに素な自然数です。
求める値は p+q です。
p+q=147+5=152最終的に入力すべき自然数は 152 です。