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76 (物理（第3問） 問4)

次の文章を読み、後の問いに答えよ。

図1のように、薄いものさしを両手の人差し指の上にのせて、同じ高さのまま水平に保ち、左右の指の間隔をゆっくりと縮める。左右の指は交互に滑り、ものさしの重心付近でたがいに接する。
この現象を段階を踏んで物理的に考察してみよう。
図2には、左右の指の間隔をゆっくりと縮めるときに、ものさしにはたらく力の向きを矢印で、作用点を黒丸で示している。左指からものさしにはたらく垂直抗力と摩擦力の大きさをそれぞれN_L、f_L、右指からものさしにはたらく垂直抗力と摩擦力の大きさをそれぞれN_R、f_R、ものさしの重心から左指までの距離をx_L、右指までの距離をx_R、ものさしの質量をm、重力加速度の大きさをgとする。指とものさしの間の静止摩擦係数μや動摩擦係数μ′（μ＞μ′）は、それぞれ左指と右指で等しいものとする。
また、指の間隔を縮めるとき左指は動かさず、右指を左指に近づけるようにする。

次に、ものさしに指からはたらく摩擦力と水平方向の運動について段階1から段階4に分けて考えてみよう。指の間隔を縮める前はx_L＜x_Rとする。

次の文章中の空欄キ・クに入れる語句の組合せ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。

段階3
左指が滑り始めた直後は図5のように、ものさしにはたらく摩擦力は動摩擦力となる。この段階では、f_Rはf_Lより（　キ　）ため、ものさしは（　ク　）に加速され、ものさしの速度が右指の速度に等しくなると右指の滑りが止まる。

段階4
この段階では、左指が滑るが、右指は滑らない。つまり、段階2から段階3で考察した現象の左右が逆転し、しばらくは左指が滑る。これらの現象が交互に繰り返され、最後には左右の指がものさしの重心の近くで接することになる。