中学受験理科の難問?滑車とゴンドラを使って自分を引き上げよう!

中学受験理科の難問?滑車とゴンドラを使って自分を持ち上げよう! 小学・中学理科
スポンサーリンク

ゴンドラに乗って自分の体を引き上げる問題

(2)は(1)と違って、ロープを引く太郎君がゴンドラに乗っています。このことに注意して力を描き込むことが大切です。

太郎君とゴンドラを分けて考える場合

まずは、太郎君から2の作業をします。力を描き込んだ図は次の通りです。

中学受験理科の難問?滑車とゴンドラを使って自分を引き上げよう!

注意すべきなのは、太郎君がロープを引いているという点です。このロープは太郎君に触れているので、太郎君がロープから受けている力を図に描き込む必要があります。

また、太郎君がロープを引いているからといって、太郎君がロープから受ける力を下向きに描くのは間違いです。

確かに、ロープに注目すれば、太郎君から下向きの力を受けます。しかし、今回注目しなければならないのは太郎君です。ということは、作用反作用の法則から、太郎君は、ロープが受けるのと反対向きで同じ大きさの力を受けることになります。それが図中の「ロープが太郎君を引く力(T)」です。

力のつり合いから、次の式が成り立ちます。

T+N=40 … ①

次に、ゴンドラに働く力を描き込むと次の通りです。

中学受験理科の難問?滑車とゴンドラを使って自分を引き上げよう!

こちらは(1)と同じです。力のつり合いの式は次の通りです。

T=N+8 … ②

①を変形するとN=40-Tなので、これを②に代入します。

T=(40-T)+8

T×2=48

T=48÷2=24(kg)

(1)で求めたTの半分の力になりました。

また、T=24を①に代入してNを求められます。

24+N=40

N=40-24=16(kg)

この結果から、太郎君の体重を体重計で測ると目盛りが16kgを示しとわかります。太郎君の体重からロープの力を引いた値になっています。

太郎君とゴンドラを1つのものと考える場合

太郎君がロープを引く力を求めるだけなら、太郎君とゴンドラを1つのものと考えて、次の図を描けます。

中学受験理科の難問?滑車とゴンドラを使って自分を引き上げよう!

(太郎君+ゴンドラ)に触れているのはロープだけですが、ロープが2本になっているのがわかります。したがって、T×2=48よりT=48÷2=24(kg)です。

スポンサーリンク

高校物理の知識も正しく理解しよう

(1)と(2)とで結果が異なる理由をきちんと理解するためには、ここまでで見てきたように、高校物理の知識が必要です。

一方、中学受験の問題集などでは、(2)の場合だけ「2か所のロープにかかる力は等しい」「体重計にかかる力の大きさは、太郎君の体重からロープを引く力を引く」などと書かれていて、(1)とどう違うのかの説明がありません。もちろん、そうなる理由も書かれていないため、中学受験生は「えっ?どうして?」と混乱してしまいます。

中学受験生が物理分野を理解できないのは、受験生本人に問題があるわけではありません。本質的な説明を端折って、「これはこうなる」としか書かない問題集などがすべて悪いのです。

高校物理の知識といっても、算数で消去算や逆算などを学んでいる中学受験生なら簡単にわかるはずです。上位校狙いの受験生は、このくらいのことは正しく理解しておきましょう。

「高校内容を知らなくても問題を解ける」とごまかさず、「なぜ?どうして?」を徹底的に追及しようという姿勢が大切です。

トップ画像=Pixabay

コメント

タイトルとURLをコピーしました