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コンテスト/Gnit Sunday Open 004 (GSO004)/第3問 上腕二頭筋が発揮する張力と生体力学のモーメント
第3問

上腕二頭筋が発揮する張力と生体力学のモーメント

終了
200 ptsLv.3 初級力学
2026/04/19 19:30〜2026/04/19 21:00
作成者:admin

問題文

人間の前腕(肘から手首まで)を水平に保つ際のモデルを考える。 この問題を通して、日常的に物を持ち上げるとき、我々の筋肉がどれほど巨大な張力を発揮しているかを物理的に解析する。

肘の関節を支点 OOO とする。前腕は長さ LLL、質量 MMM の一様な剛体の棒とみなせるものとし、その重心は支点 OOO から L/2L/2L/2 の位置にあるとする。 手首(支点 OOO から距離 LLL の位置)に質量 mmm のおもりを持っている。 この前腕を水平に維持するため、上腕二頭筋は支点 OOO から距離 ddd の位置において、前腕に対して鉛直上向きに張力 TTT を及ぼしている。 また、重力加速度の大きさを ggg とする。

ここで、前腕にはたらく力の作用点は、肘の支点 OOO から手首に向かって、上腕二頭筋の付着点(距離 ddd)、前腕の重心(距離 L/2L/2L/2)、手首(距離 LLL)の順に水平な一直線上に並んでいるものとする。

前腕が水平に静止しているとき、上腕二頭筋が及ぼす張力 TTT を求めよ。 なお、肘関節が前腕に及ぼす抗力については、支点 OOO における力であるためモーメントに影響しないものとする。

制約

  • 前腕の長さ: L=3.0×10−1 mL = 3.0 \times 10^{-1}\text{ m}L=3.0×10−1 m
  • 前腕の質量: M=1.5 kgM = 1.5\text{ kg}M=1.5 kg
  • おもりの質量: m=5.0 kgm = 5.0\text{ kg}m=5.0 kg
  • 筋肉の付着点の支点からの距離: d=5.0×10−2 md = 5.0 \times 10^{-2}\text{ m}d=5.0×10−2 m
  • 重力加速度の大きさ: g=9.8 m/s2g = 9.8\text{ m/s}^2g=9.8 m/s2

入力形式

得られた張力 TTT の値(単位は N\text{N}N)は小数第1位までの有限小数となる。 この TTT の値を 101010 倍した自然数を回答せよ。

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