クレーン・デリック運転士(学科) ⑤ 力学の基礎・質量重心・運動

学科科目「クレーンの運転のために必要な力学に関する知識」の前半です。力の三要素と力の合成・分解、力のモーメントとつり合い、質量と重量の違い、比重と体積から質量を求める計算、立方体・円柱・球など基本形状の重心位置、速度・加速度・慣性・遠心力、摩擦力と摩擦係数までが範囲になります。鋼材やコンクリートなど代表的な材料の比重を使った質量計算は繰り返し出題されるので、比重の値は覚えてしまうのが近道です。単位の換算ミスが失点の主因になりやすく、計算過程を書く習慣が有効です。

この分野の問題40問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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153力学において、物体そのものを構成する物質の量で、いかなる空間においても変化しないものはどれか。

  1. A重量
  2. B質量
  3. C荷重
  4. D力のモーメント
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正解:B質量

質量は物体そのものの量であり、空間によらず一定である。

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154新計量法により、力学において使用されなくなった用語はどれか。

  1. A質量
  2. B荷重
  3. C重量
  4. D力のモーメント
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正解:C重量

重量という用語は1999年を限りに使用されなくなった。

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155力学における「力の三要素」として正しい組み合わせはどれか。

  1. A力の大きさ・力の向き・力の作用点
  2. B力の大きさ・力の向き・物体の質量
  3. C力の大きさ・物体の質量・力の作用点
  4. D力の向き・力の作用点・力のモーメント
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正解:A力の大きさ・力の向き・力の作用点

力の三要素とは、力の大きさ・向き・作用点を指す。

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156地球上での重力加速度(クレーン・デリックの試験における値)はいくらか。

  1. A9.0m/s²
  2. B9.8m/s²
  3. C9.80665m/s²
  4. D10.0m/s²
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正解:B9.8m/s²

試験では重力加速度を9.8m/s²として簡略化して用いる。

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157地球上で質量100kgの物体に働く重力の大きさ(N)はいくらか。

  1. A9.8N
  2. B98N
  3. C980N
  4. D9800N
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正解:C980N

重力(重量)=質量×9.8=100×9.8=980N。

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1581つの点に2つ以上の力が作用するとき、これらの力をまとめて1つの力に置き換えることを何というか。

  1. A力の分解
  2. B力の合成
  3. C力の三要素
  4. Dモーメント
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正解:B力の合成

力をまとめて1つの力に置き換えることを力の合成という。

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1591つの力を、互いにある角度を持つ2つ以上の力に分けることを何というか。

  1. A力の合成
  2. B力の平行四辺形
  3. C力の分解
  4. D作用・反作用
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正解:C力の分解

1つの力を分けることを力の分解という。

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160力のモーメントの大きさを求める式として正しいものはどれか。

  1. A力の大きさ×腕の長さ
  2. B力の大きさ÷腕の長さ
  3. C力の大きさ×移動距離
  4. D腕の長さ÷力の大きさ
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正解:A力の大きさ×腕の長さ

力のモーメントは、力の大きさと腕の長さの積で求められる。

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161力のモーメントの単位として正しいものはどれか。

  1. AN・cm
  2. BN/m
  3. CN・s
  4. Dkg/m
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正解:AN・cm

力のモーメントの単位にはN・cmやN・mが用いられる。

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162平行力のつり合いにおいて、支点から異なる距離にある2つの物体が水平で静止しているとき、関係する物理量はどれか。

  1. A質量の和
  2. B力のモーメント
  3. C加速度の和
  4. D力の分解
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正解:B力のモーメント

水平で静止している天秤では、支点を中心とした時計回りと反時計回りのモーメントが等しい。

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163物体の重心の説明として、誤っているものはどれか。

  1. A物体の位置を変えても重心は変わらない。
  2. B重心は必ず物体内部にある。
  3. C物体を1点でつったとき、その鉛直線は重心を通る。
  4. D重心はつねに一定の点である。
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正解:B重心は必ず物体内部にある。

重心が必ずしも物体内部にあるとは限らない。

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164物体の比重についての説明として、正しいものはどれか。

  1. A物体の質量と水の質量比である。
  2. B体積に関係なく一定である。
  3. C4℃の純水の質量との比である。
  4. D単位はkgで表される。
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正解:C4℃の純水の質量との比である。

比重は物体と同じ体積の4℃の純水の質量との比である。

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165物体を少し傾けて離したとき、元の位置に戻ろうとする状態を何というか。

  1. A不安定
  2. B中立
  3. C安定(すわりがよい)
  4. D転倒
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正解:C安定(すわりがよい)

元に戻ろうとする状態を安定(すわりがよい)という。

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166物体の安定(すわり)をよくするために適切な条件はどれか。

  1. A重心位置を高くする
  2. B底面積を狭くする
  3. C重心位置を低くする
  4. D底面を傾ける
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正解:C重心位置を低くする

重心位置が低く、底面積が広いほど物体は安定する。

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167慣性の法則についての説明として、正しいものはどれか。

  1. A運動している物体は外力がなければ運動を続ける。
  2. B物体は力を加えないと運動を始めない。
  3. C遠心力と向心力は同じものである。
  4. D慣性力は質量に反比例する。
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正解:A運動している物体は外力がなければ運動を続ける。

静止している物体は静止を続け、運動している物体は運動を続けようとする性質を慣性という。

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168円運動をする物体に作用する力で、回転の中心に向かわせようとする力を何というか。

  1. A遠心力
  2. B向心力
  3. C慣性力
  4. D摩擦力
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正解:B向心力

中心に向かわせようとする力を向心力という。

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169摩擦力についての説明として、正しいものはどれか。

  1. A接触面積の大きさに比例する。
  2. B物体が動き始める瞬間が最大である。
  3. C運動摩擦力は最大静止摩擦力より大きい。
  4. D滑らかな面ほど摩擦力は大きい。
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正解:B物体が動き始める瞬間が最大である。

静止摩擦力は動き始める瞬間が最大(最大静止摩擦力)となる。

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170物体の速度の単位として用いられないものはどれか。

  1. Am/s
  2. Bcm/s
  3. Ckm/h
  4. Dkg/m
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正解:Dkg/m

速度の単位にkg/mは用いられない。

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171走行速度2.0m/s、横行速度1.5m/sのときの合成速度は何m/sか。

  1. A2.0m/s
  2. B2.5m/s
  3. C3.0m/s
  4. D3.5m/s
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正解:B2.5m/s

三平方の定理により、√(2.0²+1.5²)=√(4+2.25)=√6.25=2.5m/sとなる。

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172質量200kgの物体を動かすために必要な力F(N)はいくらか。(ただし、静止摩擦係数を0.3とする)。

  1. A60N
  2. B588N
  3. C600N
  4. D6000N
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正解:B588N

F=垂直力(200×9.8)×摩擦係数(0.3)=1960×0.3=588N。

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173力のつり合いについて、誤っている説明はどれか。

  1. A1つの物体に多数の力が働いても仕事がなされない状態をいう。
  2. B合力はゼロである。
  3. C多数の力が働いても平衡が保たれている。
  4. D合力の方向に物体は加速する。
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正解:D合力の方向に物体は加速する。

つり合っているときは物体は動かず(あるいは静止し)、加速しない。

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174力のモーメントの説明として、誤っているものはどれか。

  1. A回転軸の中心から作用点までの長さを腕の長さという。
  2. B腕の長さが同じなら、力は大きいほどモーメントは大きい。
  3. C回転軸の近くで力を加える方が、端で加えるより小さな力で済む。
  4. D物体を回転させようとする力の働きをいう。
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正解:C回転軸の近くで力を加える方が、端で加えるより小さな力で済む。

回転軸の近くよりも、端で加える方が小さな力で済む。

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175重心について、誤っている説明はどれか。

  1. A物体を1点でつると、その鉛直線は重心を通る。
  2. B形状が同じで材質が均一なら重心は同じ位置にある。
  3. C物体の置き方を変えると重心の位置が変わる。
  4. D重心が必ずしも物体内部にあるとは限らない。
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正解:C物体の置き方を変えると重心の位置が変わる。

物体の重心は位置や置き方を変えても変わらない。

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176摩擦について、誤っている説明はどれか。

  1. A最大静止摩擦力は動き始める瞬間の摩擦力である。
  2. B運動している物体に働く力を運動摩擦力という。
  3. C摩擦力は接触面の面積に比例する。
  4. D球や円柱が転がるときは転がり摩擦力が働く。
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正解:C摩擦力は接触面の面積に比例する。

摩擦力は接触面積の大きさには関係しない。

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177等速運動について、誤っている説明はどれか。

  1. Aどの時間においても同じ速度を示す。
  2. B平均速度と瞬間速度は等しい。
  3. C速度はつねに変化する。
  4. D電車が一定の速度でレールを走る運動などがある。
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正解:C速度はつねに変化する。

等速運動では速度は変化しない。

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178物体に働く力の一般的な大きさを求める式として正しいものはどれか。

  1. A質量×加速度
  2. B質量÷9.8
  3. C質量×9.8
  4. D質量×距離
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正解:A質量×加速度

力の一般式はF=質量×加速度である。質量×9.8は地球上で物体に働く重力に限られる。

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179力の三要素に含まれないものはどれか。

  1. A大きさ
  2. B向き
  3. C作用点
  4. D時間
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正解:D時間

時間の要素は含まれない。

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180最大静止摩擦力と垂直力の関係を表す式として正しいものはどれか。

  1. A垂直力=最大静止摩擦力×静止摩擦係数
  2. B最大静止摩擦力=垂直力×静止摩擦係数
  3. C静止摩擦係数=垂直力×最大静止摩擦力
  4. D垂直力=静止摩擦係数÷最大静止摩擦力
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正解:B最大静止摩擦力=垂直力×静止摩擦係数

最大静止摩擦力は垂直力と静止摩擦係数の積である。

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181物体の運動に関する法則に含まれないものはどれか。

  1. A運動の法則
  2. B慣性の法則
  3. C作用反作用の法則
  4. Dモーメントの法則
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正解:Dモーメントの法則

モーメントの法則はここには含まれない。

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182力の合成について、一直線上の同じ方向の力の場合の合力はどうなるか。

  1. A力の差
  2. B力の商
  3. C力の積
  4. D力の和
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正解:D力の和

一直線上の同じ方向の力の合力は、その力の和で示される。

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1831分間に1.5回転する作業半径12mのジブ先端の周速度(m/min)はいくらか。(円周率3.14とする)。

  1. A113.04m/min
  2. B75.36m/min
  3. C37.68m/min
  4. D150.72m/min
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正解:A113.04m/min

円周12×2×3.14=75.36m、1分間で1.5回転なので75.36×1.5=113.04m/min。

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184時速72kmで走行する電車の速さは秒速何m/sか。

  1. A10m/s
  2. B40m/s
  3. C30m/s
  4. D20m/s
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正解:D20m/s

時速72000mを3600秒で割ると20m/sとなる。

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185時速90kmの自動車を10秒で停止させたときの加速度(m/s²)はいくらか。

  1. A2.5m/s²
  2. B-9.0m/s²
  3. C9.0m/s²
  4. D-2.5m/s²
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正解:D-2.5m/s²

時速90km=25m/s。加速度=(0-25)/10=-2.5m/s²。

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186質量100kgの物体を動かすために必要な最小の力F(N)はいくらか。(静止摩擦係数0.4とする)。

  1. A39.2N
  2. B4000N
  3. C400N
  4. D392N
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正解:D392N

F=100kg×9.8×0.4=392N。

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187長さ2m、幅50cm、厚さ10mmの鋼板20枚の全体積(m³)はいくらか。

  1. A0.2m³
  2. B0.1m³
  3. C0.02m³
  4. D2.0m³
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正解:A0.2m³

2×0.5×0.01×20枚=0.2m³。

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188物体の重心において、形状が三角形の場合の重心の位置はどこか。

  1. A底辺から1/4の高さ
  2. B物体の外側
  3. C対角線の交点
  4. D中線の交点
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正解:D中線の交点

三角形の重心は中線の交点にある。

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189円柱の体積を求める式として正しいものはどれか。

  1. A半径×2×3.14×高さ
  2. B半径×高さ×3.14
  3. C直径×3.14×高さ
  4. D半径×半径×3.14×高さ
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正解:D半径×半径×3.14×高さ

円柱の体積は半径×半径×3.14×高さで求められる。

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190クレーン・デリックの作業において、慣性力の説明として正しいものはどれか。

  1. A加速度に比例する。
  2. B静止している物体にのみ働く。
  3. C運動とは無関係である。
  4. D質量が大きいほど小さくなる。
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正解:A加速度に比例する。

慣性力は加速度や質量に比例する。

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191遠心力の説明として正しいものはどれか。

  1. A物体を円の外へ飛び出させようとする。
  2. B向心力より必ず大きい。
  3. C物体を静止させる力である。
  4. D円運動をする物体を円の中心に向かわせる。
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正解:A物体を円の外へ飛び出させようとする。

遠心力は物体を円の外へ飛び出させようとする。

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192摩擦力の説明として、誤っているものはどれか。

  1. A摩擦力は接触面積の大きさに比例する。
  2. B運動摩擦力は最大静止摩擦力より小さい。
  3. C物体に力を加えない限り摩擦力は働かない。
  4. D接触面が滑らかなほど摩擦力は小さい。
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正解:A摩擦力は接触面積の大きさに比例する。

摩擦力は接触面積には関係しない。

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