第4章力とニュートンの運動の法則Forces and Newton’s Laws of Motion原書 p.121–150

4.1 Force 25Which of the following is a physical quantity that can be described by dynamics but not by kinematics?

4.1 力 25次のうち、運動学では記述できず動力学で記述できる物理量はどれか。

26Which of the following is used to represent an object in a free-body diagram?

26自由物体図で物体を表すのに使われるのはどれか。

4.2 Newton's First Law of Motion: Inertia 27Which of the following does the friction force NOT depend on?

4.2 ニュートンの運動の第一法則:慣性 27摩擦力が依存しないのは次のうちどれか。

28What is another name for Newton’s first law?a. Law of infinite motionb. Law of inertia

28ニュートンの第一法則の別名は何か。a. 無限運動の法則b. 慣性の法則

29True or False—A rocket is launched into space and escapes Earth’s gravitational pull. It will continue to travel in a straight line until it is acted on by another force.

29正誤問題——あるロケットが宇宙へ打ち上げられ、地球の重力を振り切った。このロケットは、別の力を受けるまで一直線に進み続ける。

30A 2,000-kg car is sitting at rest in a parking lot. A bike and rider with a total mass of 60 kg are traveling along a road at 10 km/h. Which system has more inertia? Why?

30質量2,000 kgの車が駐車場に止まっている。自転車と乗り手の合計質量は60 kgで、道路を時速10 kmで走っている。どちらの系のほうが慣性が大きいか。またそれはなぜか。

4.3 Newton's Second Law of Motion 31In the equation for Newton’s second law, what does F_net stand for?

4.3 ニュートンの運動の第二法則 31ニュートンの第二法則の式で、F_netは何を表すか。

32What is the SI unit of force?a. Kgb. dyn

32力のSI単位はどれか。a. kgb. dyn

33What is the net external force on an object in freefall on Earth if you were to neglect the effect of air?

33空気の影響を無視するとき、地球上で自由落下している物体にはたらく外力の合力はいくらか。

98 N.

98 Nである。

34Two people push a 2,000-kg car to get it started. An acceleration of at least 5.0 m/s² is required to start the car. Assuming both people apply the same magnitude force, how much force will each need to apply if friction between the car and the road is 300 N?

34二人で2,000 kgの車を押してエンジンをかけようとする。かけるには少なくとも5.0 m/s²の加速度が要る。二人が同じ大きさの力を加えるとし、車と道路の間の摩擦が300 Nだとすると、一人あたりどれだけの力を加えねばならないか。

4.4 Newton's Third Law of Motion 35One object exerts a force of magnitude F₁ on another object and experiences a force of magnitude F₂ in return. What is true for F₁ and F₂?

4.4 ニュートンの運動の第三法則 35ある物体が別の物体に大きさF₁の力を及ぼし、その返しに大きさF₂の力を受ける。F₁とF₂について正しいのはどれか。

36A weight is suspended with a rope and hangs freely. In what direction is the tension on the

36おもりがロープでつるされ、自由にぶら下がっている。ロープにはたらく張力の向きは

4.1 Force 39True or False—An external force is defined as a force generated outside the system of interest that acts on an object inside the system.

4.1 力 39正誤問題——外力とは、関心のある系の外で生じ、系の中の物体にはたらく力である。

40By convention, which sign is assigned to an object moving downward?

40慣例として、下向きに動く物体にはどちらの符号を割り当てるか。

41A body is pushed downward by a force of 5 units and upward by a force of 2 units. How would you draw a free-body diagram to represent this?

41ある物体が5単位の力で下へ、2単位の力で上へ押されている。これを自由物体図でどう描くか。

37A person weighing 55 kg walks by applying 160 N of force on the ground, while pushing a 10-kg object. If the person accelerates at 2 m/s², what is the force of friction experienced by the system consisting of the person and the object?

37質量55 kgの人が、10 kgの物体を押しながら、地面に160 Nの力を加えて歩く。この人が2 m/s²で加速するとき、人と物体からなる系が受ける摩擦力はいくらか。

38A 65-kg swimmer pushes on the pool wall and accelerates at 6 m/s². The friction experienced by the swimmer is 100 N. What is the magnitude of the force that the swimmer applies on the wall?

38質量65 kgの泳者がプールの壁を押し、6 m/s²で加速する。泳者が受ける摩擦は100 Nである。泳者が壁に加える力の大きさはいくらか。

42A body is pushed eastward by a force of four units and southward by a force of three units. How would you draw a free-body diagram to represent this?

42ある物体が4単位の力で東へ、3単位の力で南へ押されている。これを自由物体図でどう描くか。

4.2 Newton's First Law of Motion: Inertia 43A body with mass m is pushed along a horizontal surface by a force F and is opposed by a frictional force f. How would you draw a free-body diagram to represent this situation?

4.2 ニュートンの運動の第一法則:慣性 43質量mの物体が力Fで水平な面の上を押され、摩擦力fに逆らわれている。この状況を自由物体図でどう描くか。

44Two objects rest on a uniform surface. A person pushes both with equal force. If the first object starts to move faster than the second, what can be said about their masses?

44二つの物体が一様な面の上に置かれている。ある人が両方を同じ力で押す。一方が他方より速く動き出したとき、両者の質量について何が言えるか。

45Two similar boxes rest on a table. One is empty and the other is filled with pebbles. Without opening or lifting either, how can you tell which box is full? Why?

45似た二つの箱が机の上にある。一方は空で、他方は小石でいっぱいである。開けも持ち上げもせずに、どちらが詰まっているか見分けるにはどうするか。またそれはなぜか。

46True or False—An external force is required to set a stationary object in motion in outer space away from all gravitational influences and atmospheric friction.a. Trueb. False

46正誤問題——重力の影響も大気の摩擦もまったくない宇宙空間で、静止した物体を動かし始めるには外力が要る。a. 正b. 誤

4.3 Newton's Second Law of Motion 47A steadily rolling ball is pushed in the direction from east to west, which causes the ball to move faster in the same direction. What is the direction of the acceleration?

4.3 ニュートンの運動の第二法則 47一定の速さで転がっているボールを東から西の向きに押すと、同じ向きにボールが速くなる。加速度の向きはどちらか。

48A ball travels from north to south at 60 km/h. After being hit by a bat, it travels from west to east at 60 km/h. Is there a change in velocity?a. Yes, because velocity is a scalar.b. Yes, because velocity is a vector.

48あるボールが北から南へ時速60 kmで進んでいる。バットに打たれたあと、西から東へ時速60 kmで進む。速度に変化はあるか。a. ある。速度はスカラーだから。b. ある。速度はベクトルだから。

49What is the weight of a 5-kg object on Earth and on the moon?

49質量5 kgの物体の、地球上と月面での重さはいくらか。

50An object weighs 294 N on Earth. What is its weight on the moon?

50ある物体の地球上での重さは294 Nである。月面での重さはいくらか。

4.4 Newton's Third Law of Motion 51A large truck with mass 30m crashes into a small sedan with mass m. If the truck exerts a force F on the sedan, what force will the sedan exert on the truck?

4.4 ニュートンの運動の第三法則 51質量30mの大型トラックが、質量mの小型セダンに衝突する。トラックがセダンに力Fを及ぼすとき、セダンはトラックにどれだけの力を及ぼすか。

52A fish pushes water backward with its fins. How does this propel the fish forward?

52魚はひれで水を後ろへ押す。これでなぜ魚は前へ進むのか。

53True or False—Tension is the result of opposite forces in a connector, such as a string, rope,

53正誤問題——張力とは、糸・ロープ・

4.1 Force 55True or False—When two unequal forces act on a body, the body will not move in the direction of the weaker force.

4.1 力 55正誤問題——大きさの違う二つの力が物体にはたらくとき、物体は弱いほうの力の向きには動かない。

56In the figure given, what is F_restore? What is its magnitude?

56図のF_restoreとは何か。またその大きさはいくらか。

4.2 Newton's First Law of Motion: Inertia 57Two people apply the same force from the same height to throw two identical balls in the air. Will the balls necessarily travel the same distance? Why or why not?

4.2 ニュートンの運動の第一法則:慣性 57二人が同じ高さから同じ力で、同じ二つのボールを空中へ投げる。二つのボールは必ず同じ距離を進むか。またそれはなぜか。

54True or False—Normal reaction is the force that opposes the force of gravity and acts in the direction of the force of gravity.

54正誤問題——垂直抗力とは、重力に逆らう力であり、重力と同じ向きにはたらく。

58A person pushes a box from left to right and then lets the box slide freely across the floor. The box slows down as it slides across the floor. When the box is sliding freely, what is the direction of the net external force?

58ある人が箱を左から右へ押し、それから箱を床の上で自由に滑らせる。箱は滑るにつれて遅くなる。箱が自由に滑っているとき、外力の合力の向きはどちらか。

4.3 Newton's Second Law of Motion 59A 55-kg lady stands on a bathroom scale inside an elevator. The scale reads 70 kg. What do you know about the motion of the elevator?

4.3 ニュートンの運動の第二法則 59質量55 kgの女性が、エレベーターの中で体重計に乗っている。体重計は70 kgを示している。エレベーターの運動について何が分かるか。

60True or False—A skydiver initially accelerates in his jump. Later, he achieves a state of constant velocity called terminal velocity. Does this mean the skydiver becomes weightless?

60正誤問題——スカイダイバーは飛び降りた直後は加速する。のちに終端速度と呼ばれる一定の速度に達する。これは、そのスカイダイバーが無重量になったことを意味するか。

62Are rockets more efficient in Earth’s atmosphere or in outer space? Why?

62ロケットは地球の大気中と宇宙空間の、どちらでより効率よく働くか。それはなぜか。

4.4 Newton's Third Law of Motion 61How do rockets propel themselves in space?a. Rockets expel gas in the forward direction at high velocity, and the gas, which provides an internal force, pushes the rockets forward.b. Rockets expel gas in the forward direction at high velocity, and the gas, which provides an external force, pushes the rockets forward.c. Rockets expel gas in the backward direction at high velocity, and the gas, which is an internal force, pushes the rockets forward.d. Rockets expel gas in the backward direction at high velocity, and the gas, which provides an external force, pushes the rockets forward.

4.4 ニュートンの運動の第三法則 61ロケットは宇宙でどうやって自分を推進するのか。a. ロケットは気体を前向きに高速で吹き出し、その気体が内力を与えてロケットを前へ押す。b. ロケットは気体を前向きに高速で吹き出し、その気体が外力を与えてロケットを前へ押す。c. ロケットは気体を後ろ向きに高速で吹き出し、その気体が内力としてロケットを前へ押す。d. ロケットは気体を後ろ向きに高速で吹き出し、その気体が外力を与えてロケットを前へ押す。