46PM20｜第46回 第2種ME技術実力検定試験 過去問

正答

2

この問題のポイント

この問題では、浮力と作用・反作用を使って、はかりに加わる力を考えます。

球は天井から吊り下げられており、箱には触れていません。そのため、球の重さ全体がはかりに乗るわけではありません。

ただし、球が水中に沈むことで、球には上向きの浮力が働きます。その反作用として、球は水を下向きに押します。したがって、はかりの値は 箱と水の重さに、浮力の大きさを加えた値 になります。

解説

図では、はかりの上に水を入れた箱があります。球は天井から糸で吊られ、箱に触れないように水中へ完全に沈められています。

図で見るポイント
球は箱の底や側壁に接していません。球を支えている主なものは天井からの糸です。一方で、球は水から上向きの浮力を受けるため、その反作用として水には下向きの力が加わります。

球に働く力を考えると、次の3つがあります。

• 下向き：球の重さ
• 上向き：糸の張力
• 上向き：水から受ける浮力

ここで、はかりが直接受けるのは、箱と水の重さに加えて、水が球から受ける下向きの力です。

球は水から上向きの浮力を受けます。作用・反作用により、球は水を同じ大きさの力で下向きに押します。

そのため、はかりの示す値は、

箱と水の重さ + 球に働く浮力の大きさ

となります。

球の重さそのものは、すべてはかりに加わるわけではありません。球の重さの一部は糸の張力として天井が支え、浮力に相当する分だけが水を通してはかりに伝わります。

ひっかけポイント
「球が水中にあるから球の重さもはかりに加わる」と考えると誤りです。球が箱に触れておらず、天井から吊られている点が重要です。はかりに増えるのは球の重さではなく、球が水を押す力、つまり浮力の大きさです。

選択肢の確認

1．箱と水の重さ
誤り。
球が水中に沈むと、球は水から上向きの浮力を受けます。その反作用として球は水を下向きに押すため、はかりの値は箱と水の重さだけではありません。

2．箱と水の重さ ＋ 球に働く浮力の大きさ
正しい。
球には水から上向きの浮力が働きます。作用・反作用により、球は水を下向きに同じ大きさで押します。その力が箱を介してはかりに伝わるため、はかりの値は箱と水の重さに浮力の大きさを加えた値になります。

3．箱と水の重さ ＋ 球に働く浮力の大きさ ＋ 球の重さ
誤り。
球は天井から吊り下げられており、箱には触れていません。球の重さ全体は、はかりではなく糸と天井にも支えられます。はかりに加わる増加分は、球の重さではなく浮力の大きさです。

4．箱と水の重さ － 球に働く浮力の大きさ ＋ 球の重さ
誤り。
浮力は球に対して上向きに働きますが、水はその反作用として下向きの力を受けます。したがって、はかりの値から浮力を引くのではなく、浮力の大きさだけ増えます。また、球の重さ全体を足すのも不適切です。

5．箱と水の重さ － 球に働く浮力の大きさ － 球の重さ
誤り。
球を水中に沈めることで、はかりの値は減るのではなく、浮力の反作用分だけ増加します。球の重さを引く理由もありません。

覚えるポイント

• 浮力は、液体が物体を上向きに押す力です。
• 物体が水から浮力を受けると、反作用として物体は水を下向きに押します。
• はかりの上の水に下向きの力が加わると、はかりの値は増えます。
• 球が箱に触れていなければ、球の重さ全体ははかりに加わりません。
• この問題では、はかりの値は 箱と水の重さ + 球に働く浮力の大きさ です。