大学入学共通テスト（理科） 過去問
令和5年度（2023年度）追・再試験
問1 (物理基礎（第1問） 問1)
問題文
次の問いに答えよ。
図1のような石造りのアーチ橋の中央には、要石（かなめいし）と呼ばれる石がある。この石は、重力および隣接する石から受ける力がつりあうことによって静止している。要石にはたらいている力の矢印を表す図として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
図1のような石造りのアーチ橋の中央には、要石（かなめいし）と呼ばれる石がある。この石は、重力および隣接する石から受ける力がつりあうことによって静止している。要石にはたらいている力の矢印を表す図として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
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問題
大学入学共通テスト（理科）試験 令和5年度（2023年度）追・再試験 問1（物理基礎（第1問） 問1） （訂正依頼・報告はこちら）
次の問いに答えよ。
図1のような石造りのアーチ橋の中央には、要石（かなめいし）と呼ばれる石がある。この石は、重力および隣接する石から受ける力がつりあうことによって静止している。要石にはたらいている力の矢印を表す図として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
図1のような石造りのアーチ橋の中央には、要石（かなめいし）と呼ばれる石がある。この石は、重力および隣接する石から受ける力がつりあうことによって静止している。要石にはたらいている力の矢印を表す図として最も適当なものを、後の選択肢のうちから一つ選べ。
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この過去問の解説 （2件）
01
この問題では「重力」と「隣接する石から受ける力」のつり合いを考えます。
力学の問題では前提として「物体が静止している」=「その物体にかかる力の合成が0である」。
また、水平軸と垂直軸に分けて考える必要があります。
同じ向きにかかる力は合成することで、向きは変化せず、力の大きさが2力の和となり、逆向きの力は合成をすることでより大きな力のかかる向きに2力の差分がかかります。
接触する物体に力は垂直抗力と摩擦力のみであります。
垂直抗力は隣接する物体から対称の物体にかかる垂直な外力であるため、この図の表す左右の矢印は垂直抗力ではありません。
また、力の合成をすると
水平成分 = 左右の矢印の水平成分の和 = 0
垂直方向 = 重力 + 左右の矢印の垂直成分 = 下向きに力が働く
よって間違い
重力、垂直抗力のどちらも過不足ありません。
また力の合成をすると
水平成分 = 左右の矢印の水平成分の和 = 0
垂直成分 = 重力 + 左右の矢印の垂直成分の和 = 0
よって正解
摩擦力とは動いている物体に関して接地面との間にかかる力であり、接地面に平行な向きに力がかかります。
この問題の場合、要石は静止しているため上向きの矢印の力がかかることはありません。
垂直抗力が働くのは接地面から内部に向かってのみです。
また、力の合成をすると
水平成分 = 左右の矢印の水平成分の和 = 0
垂直方向 = 重力 + 左右の矢印の垂直成分 = 下向きに力が働く
よって間違い
力学の問題では「力の分解」と「力の合成」は基本です。これらの扱いはできるようにしましょう。
また、垂直抗力は隣接面から内部にかかる接地面に垂直な力、摩擦力は動いている物体にかかる接地面に平行な力であるということを覚えておきましょう。
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02
解答 （以下の図を参照）
解説
要石にはたらいている力のベクトルを答える問題です。
要石は静止しているため、力が釣り合っていることに注意し、
隣接する石から受ける抗力２つの合力が
重力と釣り合うような選択肢を選びます。
合力はベクトルの合成で考え、
ベクトルには向きと大きさがあることに注意して解答しましょう。
誤答選択肢です。
重力以外の２つの力の合力が重力と同じ方向を向くため、
重力と釣り合いません。
この選択肢が正解となります。
重力以外の２つの力を合成すると、重力と釣り合います。
誤答選択肢です。
重力以外の２つの力を合成すると、重力とは逆を向きますが、
大きさが明らかに釣り合いません。
誤答選択肢です。
重力以外の２つの力の合力が重力と同じ方向を向くため、
重力と釣り合いません。
合力（ベクトルの合成）について図を使って考えられるようにしておきましょう。
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