GSO010 問題1
Problem Statement
月面で変わるばねばかりの目盛り
問題文
月面基地で使用する観測装置を、地球上でばねばかりにつるして点検した後、そのまま月へ運ぶ。
観測装置の質量を m とする。装置そのものは変化しないため、地球上でも月面でも質量 m は同じである。
この問題では、質量 1kg の物体に働く重力の大きさを、地球上では gE、月面では gM とする。したがって、質量 m の物体に働く重力の大きさは、それぞれ mgE、mgM で求められる。
使用するばねばかりは、力が F0 増えるごとに目盛りが1つ増える。
同じ観測装置を地球上でつるした場合と月面でつるした場合で、ばねばかりの目盛り数がいくつ違うか求めよ。
制約
- m=12kg
- gE=10N/kg
- gM=2N/kg
- F0=2N
入力形式
地球上での目盛り数から月面での目盛り数を引いた値を N とする。目盛りの個数 N を自然数で入力せよ。
Solution
地球上でばねばかりに働く力
地球上では、質量 1kg あたり gE の重力が働きます。
したがって、質量 m の観測装置に働く重力は、
FE=mgE=12×10=120Nです。
ばねばかりでは F0=2N ごとに目盛りが1つ増えるため、地球上での目盛り数 nE は、
nE=F0FE=2120=60となります。
月面でばねばかりに働く力
月へ運んでも、観測装置そのものが変わらなければ質量は 12kg のままです。
一方、月面では質量 1kg あたりに働く重力が小さいため、
FM=mgM=12×2=24Nとなります。
したがって、月面での目盛り数 nM は、
nM=F0FM=224=12です。
目盛り数の違い
地球上と月面での目盛り数の差は、
N=nE−nM=60−12=48となります。
同じ物体を月へ運んでも質量は変わりませんが、天体から受ける重力の大きさは変わります。そのため、力を測るばねばかりの示す値も変化します。
入力すべき自然数は 48 です。