中学受験 力のつりあい ─ てこ・滑車・ばね [小5-6 理科]

結論: 力 × 距離 = 仕事 が原則

中受力学の核心: 仕事 = 力 × 距離。

・てこ: 力点に小さい力 → 作用点に大きい力 (距離が伸びる) ・動滑車: 半分の力で持ち上げる (代わりに 2 倍引く必要) ・ばね: 力に比例して伸びる (フックの法則)

解法 1: てこの原理

力 × 支点からの距離 = 反対側の力 × 支点からの距離

例: 支点から 30cm の位置に 40g、反対側 60cm に何 g 必要? → 40 × 30 = x × 60 → x = 20g

支点から遠いほど小さい力で済む (テコの原理)。

解法 2: 滑車

定滑車: 力の向きを変えるだけ。重さはそのまま。 動滑車: 重さが半分になる (代わりに 2 倍の距離を引く)

60g の物体を動滑車で持ち上げると 30g の力で OK。 30cm 上げるには、ロープを 60cm 引く必要。

解法 3: ばね

ばねは加える力に比例して伸びる (フックの法則)。

例: 20g で 4cm 伸びるばね。50g つるすと? → 4 × (50/20) = 10cm

典型的な間違いと診断

**パターン 1: てこの『支点・力点・作用点』を取り違え** → 戻る場所: 支点 = 動かない点、力点 = 力をかける点、作用点 = 動く対象。

**パターン 2: 動滑車で距離を 2 倍にし忘れ** → 戻る場所: 動滑車は力半分・距離 2 倍。エネルギー保存。

**パターン 3: ばねの自然長を計算に含める** → 戻る場所: 伸びは『自然長からの差』を計算。

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