移動式クレーン運転士(学科) ⑦ 用語・力・質量重心・運動摩擦

クレーン作業を支える物理の基礎を扱う分野です。力では力の三要素、力の合成と分解、モーメントのつり合いが中心になります。質量と重量の区別、比重と密度、重心の位置と安定性が対象です。重心が低く支持面が広いほど安定するという関係は、クレーンの転倒防止に直結します。あわせて速度と加速度、慣性、摩擦力(静止摩擦と動摩擦)が問われます。計算問題が出やすい分野ですが、パターンは限られており得点源にできます。

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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253質量に関する記述として正しいものはどれか。

  1. A質量は物体そのものを構成する物質の量であり、地球上と月面上で変化する。
  2. B質量は物体そのものを構成する物質の量であり、地球上や宇宙のどこであっても変化しない。
  3. C質量は物体に働く重力の大きさのことである。
  4. D質量の単位には「N(ニュートン)」が用いられる。
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正解:B質量は物体そのものを構成する物質の量であり、地球上や宇宙のどこであっても変化しない。

質量は物体そのものを構成する物質の量で、場所によって変化しません。

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254重量に関する記述として正しいものはどれか。

  1. A重量とは物体に働く重力の大きさであり、地球上と月面上で同じである。
  2. B重量とは物体を構成する物質の量のことである。
  3. C重量とは物体に働く重力の大きさであり、地球上と月面では異なる。
  4. D重量の単位には「kg」が用いられる。
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正解:C重量とは物体に働く重力の大きさであり、地球上と月面では異なる。

重量とは物体に働く重力の大きさで、引力の関係で地球上と宇宙では異なります。

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255月面での重力加速度は地球上の約何分の1か。

  1. A約1/3
  2. B約1/6
  3. C約1/10
  4. D約1/100
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正解:B約1/6

月での重力加速度は約1.62m/s²で、地球上の約1/6です。

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256質量が200kgの物体がある。地球上でのこの物体の重量はおよそいくらか。ただし、重力加速度は9.8m/s²とする。

  1. A19.6N
  2. B196N
  3. C1960N
  4. D19600N
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正解:C1960N

地球上での重量は、重力加速度9.8m/s² × 物体の質量200kg = 1960N です。

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257力の三要素に含まれないものはどれか。

  1. A力の大きさ
  2. B力の作用点
  3. C力の向き
  4. D力の質量
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正解:D力の質量

力の三要素は「力の大きさ」「力の作用点」「力の向き」です。

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258力の作用に関する記述のうち、誤っているものはどれか。

  1. A力の作用点は、その作用線上で動かしても物体に与える効果は同じである。
  2. B力の大きさと向きが同じでも、作用点を作用線上以外に移すと物体に与える効果が変わる。
  3. C力を図で表す際、矢印の向きを延長した直線を作用線という。
  4. D力の作用点を作用線上以外の箇所に移しても、物体に与える効果は変わらない。
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正解:D力の作用点を作用線上以外の箇所に移しても、物体に与える効果は変わらない。

力の作用点を作用線上以外の箇所に移すと、物体に与える効果が変わります。

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259「作用と反作用」に関する記述として正しいものはどれか。

  1. A作用と反作用は、同じ直線上で作用し、大きさが等しく向きが同じである。
  2. B作用と反作用は、異なる直線上で作用し、大きさが等しく向きが反対となる。
  3. C作用と反作用は、同じ直線上で作用し、大きさが等しく向きが反対となる。
  4. D作用と反作用は、同じ直線上で作用し、大きさが異なり向きが反対となる。
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正解:C作用と反作用は、同じ直線上で作用し、大きさが等しく向きが反対となる。

作用と反作用は同じ直線上で作用し、大きさが等しく向きが反対となります。

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260多数の力が一点に作用し、つり合っているとき、これらの力の合力はどうなるか。

  1. A最も大きい力と等しくなる
  2. B0になる
  3. C各力の総和になる
  4. D各力の平均値になる
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正解:B0になる

多数の力が一点に作用しつり合っているとき、これらの力の合力は0になります。

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2611点に作用する2つの力の合力の大きさ及び方向を求める法則を何というか。

  1. A三角形の法則
  2. B平行四辺形の法則
  3. C作用反作用の法則
  4. D力のモーメントの法則
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正解:B平行四辺形の法則

1点に作用する2つの力の合力を求める方法を平行四辺形の法則といいます。

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2621つの物体に、一直線上で同じ方向に向かって30Nと50Nの力が働いている。合力はいくらか。

  1. A20N
  2. B40N
  3. C80N
  4. D1500N
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正解:C80N

力の方向が同じ場合、合力は和になります。30N + 50N = 80N です。

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2631つの物体に、一直線上で反対方向に向かって100Nと40Nの力が働いている。合力の大きさはいくらか。

  1. A60N
  2. B70N
  3. C140N
  4. D4000N
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正解:A60N

力の方向が反対の場合、合力は差になります。100N - 40N = 60N です。

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264物体に作用する1つの力を、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力の分解
  3. C力の反作用
  4. D力のつり合い
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正解:B力の分解

1つの力をある角度を持つ2つ以上の力に分けることを力の分解といいます。

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265力のモーメントとはどのような働きをいうか。

  1. A物体を直線上に移動させようとする働き
  2. B物体を静止させようとする働き
  3. C物体を回転させようとする働き
  4. D物体を空中に持ち上げようとする働き
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正解:C物体を回転させようとする働き

力のモーメントとは、物体を回転させようとする力の働きをいいます。

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266力のモーメント(M)を求める式として正しいものはどれか。

  1. A力の大きさ(F) + 腕の長さ(L)
  2. B力の大きさ(F) - 腕の長さ(L)
  3. C力の大きさ(F) × 腕の長さ(L)
  4. D力の大きさ(F) ÷ 腕の長さ(L)
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正解:C力の大きさ(F) × 腕の長さ(L)

力のモーメントは、力の大きさと腕の長さの積で求めます。

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267力のモーメントの単位として正しいものはどれか。

  1. AN(ニュートン)
  2. BN・m(ニュートンメートル)
  3. CN/m(ニュートン毎メートル)
  4. Dm/s²(メートル毎秒毎秒)
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正解:BN・m(ニュートンメートル)

力のモーメントの単位はN・m(ニュートンメートル)で表されます。

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268力の大きさが20N、腕の長さが0.5mのとき、力のモーメントはいくらか。

  1. A10 N・m
  2. B20 N・m
  3. C25 N・m
  4. D40 N・m
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正解:A10 N・m

力のモーメント = 20N × 0.5m = 10 N・m です。

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269トラッククレーンで同じ質量の荷をつった場合、ジブを伏せて作業半径を大きくすると、クレーンを転倒させようとするモーメントはどうなるか。

  1. A小さくなる
  2. B大きくなる
  3. C変わらない
  4. Dゼロになる
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正解:B大きくなる

ジブを伏せて作業半径(腕の長さ)が大きくなるほど、転倒モーメントは大きくなります。

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2701つの物体にいくつかの力が働いて静止しているとき、それらの力の関係を何というか。

  1. A力の合成
  2. B力の分解
  3. C力のつり合い
  4. D力の作用
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正解:C力のつり合い

いくつかの力が働いていても静止している場合、それらの力は互いにつり合っているといいます。

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2711点に2つの力が作用してつり合っているときの条件として、正しいものはどれか。

  1. A2つの力の大きさが異なり、向きが反対である。
  2. B2つの力の大きさが等しく、向きが同じである。
  3. C2つの力の大きさが等しく、向きが直角に交わる。
  4. D2つの力の大きさが等しく、向きが反対である。
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正解:D2つの力の大きさが等しく、向きが反対である。

1点に2つの力が作用してつり合うには、大きさが等しく向きが反対である必要があります。

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272平行力のつり合いとは、回転の中心に関するどのような状態をいうか。

  1. A左回りのモーメントが右回りのモーメントより大きい状態
  2. B右回りのモーメントが左回りのモーメントより大きい状態
  3. C左回りのモーメントと右回りのモーメントが等しい状態
  4. D力の大きさと腕の長さが等しい状態
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正解:C左回りのモーメントと右回りのモーメントが等しい状態

平行力のつり合いは、回転の中心に関する左回りのモーメントと右回りのモーメントが等しい状態です。

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273てこを用いて、支点から0.5mの距離にある質量40kgの荷を持ち上げたい。支点から2.0mの距離にある力点に加えるべき下向きの力は何Nか。ただし、重力加速度は9.8m/s²とし、てこの質量等は考えない。

  1. A49N
  2. B98N
  3. C196N
  4. D392N
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正解:B98N

左回りのモーメント=40kg×0.5m×9.8m/s²=196N・m。右回りのモーメント=力P×2.0m。196=P×2.0より、P=98Nとなります。

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274物体の質量を求める式として正しいものはどれか。

  1. A物体の体積 + 物体の単位体積当たりの質量
  2. B物体の体積 × 物体の単位体積当たりの質量
  3. C物体の体積 ÷ 物体の単位体積当たりの質量
  4. D物体の単位体積当たりの質量 ÷ 物体の体積
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正解:B物体の体積 × 物体の単位体積当たりの質量

物体の質量は、物体の体積とその物体の単位体積当たりの質量の積で求められます。

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275同じ体積の鉄とアルミニウムでは、質量はどちらが大きいか。

  1. A鉄の方が大きい
  2. Bアルミニウムの方が大きい
  3. Cどちらも同じである
  4. D形状によって異なる
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正解:A鉄の方が大きい

1㎥当たりの質量は鉄が7.8t、アルミニウムが2.7tであり、鉄の方が重いです。

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276比重とは、物体の質量と、その物体と同じ体積の何との質量の比で表されるか。

  1. A0℃の純水
  2. B4℃の純水
  3. C20℃の純水
  4. D海水
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正解:B4℃の純水

比重は、物体の質量と同じ体積の4℃の純水の質量との比で表されます。

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2774℃の純水の比重はほぼいくつか。

  1. A1.0
  2. B0.1
  3. C10.0
  4. D100.0
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正解:A1.0

4℃の純水の比重はほぼ1g/cm³であるため、比重は1になります。

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278次の物質のうち、1㎥当たりの質量が最も大きいものはどれか。

  1. A
  2. B
  3. C
  4. D鋳鉄
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正解:A

1㎥当たりの質量は、鉛11.4t、銅8.9t、鋼7.8t、鋳鉄7.2tであり、鉛が最も重いです。

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279円柱の体積を求める計算式として正しいものはどれか。

  1. A縦×横×高さ
  2. B(半径)×π×高さ
  3. C(半径)²×π×高さ
  4. D(直径)²×π×高さ
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正解:C(半径)²×π×高さ

円柱の体積は、底面積((半径)²)×円周率(π)×高さで求められます。

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280円錐の体積を求める計算式として正しいものはどれか。

  1. A(半径)²×π×高さ×(1/3)
  2. B(半径)²×π×高さ×(1/2)
  3. C(直径)²×π×高さ×(1/3)
  4. D(半径)³×π×(4/3)
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正解:A(半径)²×π×高さ×(1/3)

円錐の体積は、(半径)²×π×高さ×(1/3)で求められます。

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281重心についての記述として正しいものはどれか。

  1. A重心は物体の表面に必ず存在する。
  2. B物体の位置や置き方を変えると、物体の重心の位置は変わる。
  3. C重心とは、物体の各部分に働く重力の合力が作用する点のことである。
  4. D重心は必ず物体の内部になければならない。
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正解:C重心とは、物体の各部分に働く重力の合力が作用する点のことである。

重心とは、物体の各部分に働く重力の合力が作用する点であり、必ずしも内部にあるとは限りません。

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282重心が片寄った状態で荷をつった場合、どうなるか。

  1. A荷は水平に保たれる。
  2. Bワイヤロープの張力が完全に均等になる。
  3. Cクレーンの転倒モーメントが常に減少する。
  4. Dつり荷が傾き、荷の落下の原因となる。
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正解:Dつり荷が傾き、荷の落下の原因となる。

重心が片寄った状態で荷をつると、つり荷が傾き、荷の落下の原因となります。

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283均質な三角形の平面の重心位置はどこか。

  1. A3つの内角の二等分線の交点
  2. B3つの辺の垂直二等分線の交点
  3. C中央の底辺から1/4の高さ
  4. D各頂点と、その対辺の中点を結ぶ3つの線の交点
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正解:D各頂点と、その対辺の中点を結ぶ3つの線の交点

三角形の重心は、各頂点とその対辺の中点を結ぶ3つの線(中線)の交点にあります。

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284均質な円錐体の重心位置はどこか。

  1. A頂点と底面の中心を結んだ線分の底面から1/4の高さ
  2. B頂点と底面の中心を結んだ線分の底面から1/3の高さ
  3. C頂点と底面の中心を結んだ線分の底面から1/2の高さ
  4. D頂点と底面の中心を結んだ線分の頂点から1/4の高さ
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正解:A頂点と底面の中心を結んだ線分の底面から1/4の高さ

円錐体の重心は、頂点と底面の中心を結んだ線分の底面から1/4の高さにあります。

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285重心の分かりにくい物体をつり上げる際、少しつり上げて荷が左に傾いた。重心はどこにあるか。

  1. Aフックの真下にある。
  2. Bフックの真下より右側にある。
  3. Cフックの真上にある。
  4. Dフックの真下より左側にある。
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正解:Dフックの真下より左側にある。

荷が傾いた場合、傾斜の低い側(この場合は左側)に重心があります。

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286物体の安定・不安定について、正しい記述はどれか。

  1. A静止している物体を手で傾け、手を離したときにその物体が転倒する場合、その状態を不安定という。
  2. B静止している物体を手で傾け、手を離すと元の状態に戻ろうとする場合、その状態を不安定という。
  3. C重心が物体の底面を外れると、重力が物体を元に戻そうとするモーメントとして働く。
  4. D重心が物体の底面の直上にあれば、少しでも傾けると必ず転倒する。
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正解:A静止している物体を手で傾け、手を離したときにその物体が転倒する場合、その状態を不安定という。

手を離したときに物体が転倒する状態を不安定といいます。重心が底面を外れると倒そうとするモーメントが働きます。

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287直方体を床面に置く場合、最も安定性が高くなる置き方はどれか。

  1. A底面積が最も小さく、重心位置が高くなる置き方
  2. B底面積が最も大きく、重心位置が高くなる置き方
  3. C底面積が最も小さく、重心位置が低くなる置き方
  4. D底面積が最も大きく、重心位置が低くなる置き方
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正解:D底面積が最も大きく、重心位置が低くなる置き方

重心位置が低く、底面の広がりが大きい(底面積が大きい)ほど物体は安定します。

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288力の単位である「kN(キロニュートン)」は、何N(ニュートン)に相当するか。

  1. A10N
  2. B100N
  3. C10000N
  4. D1000N
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正解:D1000N

「キロ」は1000を意味するため、1kNは1000Nに相当します。

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289地球上における重力加速度の一般的な値(近似値)はいくらか。

  1. A9.8 m/s²
  2. B3.14 m/s²
  3. C1.62 m/s²
  4. D98 m/s²
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正解:A9.8 m/s²

地球上における重力加速度は約9.8m/s²です。

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290地球上において質量が10kgの物体がある。この物体を月面上に持っていった場合、質量と重量はそれぞれどうなるか。

  1. A質量は変わらず10kgだが、重量は地球上の約1/6になる。
  2. B質量は地球上の約1/6になるが、重量は変わらない。
  3. C質量も重量も地球上の約1/6になる。
  4. D質量も重量も地球上と変わらない。
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正解:A質量は変わらず10kgだが、重量は地球上の約1/6になる。

質量は宇宙のどこでも変化しませんが、重量は重力加速度の影響を受けるため月では約1/6になります。

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291平行四辺形の法則を用いて2つの力の合力を求める際、2つの力が同じ直線上で反対向きに作用している場合にもこの法則を使って作図することができるか。

  1. A常に平行四辺形を作図して求めることができる。
  2. B一直線上の力は平行四辺形を作れないため、単純な足し算で求める。
  3. Cどのような場合でも合力はゼロになる。
  4. D一直線上の力は平行四辺形を作れないため、差によって求める。
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正解:D一直線上の力は平行四辺形を作れないため、差によって求める。

一直線上に作用する場合は平行四辺形を作図できないため、向きが反対の場合は差によって求めます。

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292天びん棒の支点から左へ3mの位置に質量100kgの荷を下げた。つり合わせるために、支点から右へ1.5mの位置に何kgの荷を下げる必要があるか。

  1. A50kg
  2. B100kg
  3. C150kg
  4. D200kg
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正解:D200kg

左回りのモーメント(100kg×3m=300)と右回りのモーメント(W×1.5m)が等しくなるので、W=200kgとなります。

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