消防設備士乙種1類　③ 基礎的知識 機械

正解：A．温度が低くなると表面張力は大きくなる

表面張力は液体の種類により異なりますが、水の場合は温度が低くなるほど大きくなる性質があります。

正解：B．圧力を加えても密度がほとんど変化しない非圧縮性流体

水は圧力を加えても密度の変化が非常に小さいため、通常は非圧縮性流体として扱われます。

正解：B．水分子と管壁の付着力や表面張力が働くため

毛管現象は液体分子と固体分子の間の付着力と液体の表面張力によって液面が上下する現象です。

正解：B．接触角が90度を超える場合

接触角が90度を超えると管内の液面は押し下げられ、水銀とガラスの組み合わせなどがこれに該当します。

正解：C．流体の速度勾配に比例して大きくなる

せん断応力は多くの流体において速度勾配に比例し、その比例係数が粘性係数となります。

正解：B．温度が高くなると粘性係数は小さくなる

液体の粘性係数は種類ごとに異なりますが、一般的に温度が高くなるほど小さくなる傾向があります。

正解：B．流体の流速と板の間の距離の比率

速度勾配は単位長さあたりの速度の変化を表し、流速を板間の距離で割ることで求められます。

正解：A．流体の粘性による摩擦損失が存在すること

ベルヌーイの定理は粘性による摩擦などのエネルギー損失がない非圧縮かつ非粘性の流体を前提としています。

正解：A．位置水頭と速度水頭と圧力水頭

全水頭は位置エネルギーを示す位置水頭、運動エネルギーを示す速度水頭、圧力エネルギーを示す圧力水頭の和です。

正解：A．流速の2乗を重力加速度の2倍で割ったもの

速度水頭はvの2乗を2gで除したものであり、流速が速くなるほど速度水頭の値は大きくなります。

正解：B．水槽の放水口から出る水の速度は水深から求められる

トリチェリーの定理は水槽から流れ出る水の速度が水面からの深さによって決まることを示す法則です。

正解：D．放水口における位置水頭は最大であるとみなす

放水口の位置を基準とするため、放水口での位置水頭はゼロとして計算するのが正しい前提です。

正解：A．管の長さに比例して摩擦損失水頭は大きくなる

摩擦損失水頭は配管の長さに比例するため、管が長くなるほどエネルギーの損失も大きくなります。

正解：B．管径に反比例して摩擦損失水頭は大きくなる

摩擦損失水頭は管径に反比例するため、管を太くすることで摩擦損失を小さく抑えることができます。

正解：A．流速の2乗に比例して大きくなる

摩擦損失水頭は流速の2乗に比例するため、流速が速くなると損失は急激に増大します。

正解：C．流速は元の2倍に増加する

流量は断面積と流速の積で表されるため、断面積が半分になれば流速は2倍になります。

正解：B．圧力に反比例し絶対温度に比例する

一定物質量の気体の体積は圧力に反比例して減少し、絶対温度に比例して増加します。

正解：C．絶対温度であるケルビンを用いる

ボイルシャルルの法則の計算では、絶対零度を基準とした絶対温度を用いなければなりません。

正解：B．密閉容器内の液体の圧力は全体に等しく伝わる

パスカルの原理は密閉容器内の液体の一部に加えた圧力が等しい強さで全体に伝わる現象です。

正解：D．パスカルの原理

パスカルの原理を応用し、断面積の異なるピストンを使うことで小さな力から大きな力を得られます。

正解：C．力の作用する時間

力を完全に表すための三要素は、力の大きさ、力の向き、力の作用点の3つです。

正解：A．机が本を押し上げる垂直抗力

物体が面を押し付ける力に対して、面が垂直に押し返す力を垂直抗力と呼びます。

正解：C．加えた力に比例し質量に反比例する

運動方程式はF=maであり、加速度は加えた力に比例し物体の質量に反比例します。

正解：D．19.6N

運動方程式F=maより、2kgと9.8m/s2を掛け合わせた19.6Nの力が必要になります。

正解：C．自由落下運動

空中で静かに手を放し、重力のみを受けて初速度ゼロで落下する運動を自由落下と呼びます。

正解：B．等速直線運動

水平方向に初速度を与えて落下させると、水平方向は等速直線運動を続けます。

正解：C．最大静止摩擦力

物体が滑り出す直前の最も大きな静止摩擦力を最大静止摩擦力と呼びます。

正解：D．物体のすべり速度にほとんど関係しない

運動摩擦力は最大静止摩擦力より小さく、また物体のすべり速度にはほとんど影響されません。

正解：A．2分の1倍

動滑車はロープ2本で荷重を支えるため、引っ張る力は荷物の重さの2分の1になります。

正解：B．回転支点

回転支点はピンで支えられており、移動は固定されていますが回転は自由にできる支点です。

正解：D．片持ばり

片持ばりは壁などに一端のみが固定されており、もう一端はどこにも支持されていないはりです。

正解：C．左右の曲げモーメントが常につり合っている

荷重が作用してはりが静止している状態では、任意の断面で左右の曲げモーメントが等しくつり合っています。

正解：A．力の大きさと作用線までの距離の積

力のモーメントは、力の大きさと回転軸から力の作用線までの垂直距離を掛け合わせて求めます。

正解：B．右回りと左回りのモーメントの総和が等しい状態

時計回りのモーメントと反時計回りのモーメントの合計が等しいとき、モーメントはつり合っています。

正解：C．ジュール

仕事量は力と変位した距離の積で表され、その単位にはジュールが用いられます。

正解：B．単位時間あたりに行う仕事の割合

仕事率は1秒間に行う仕事の量を表し、単位にはワットが用いられます。

正解：A．摩擦や空気抵抗などの損失がないこと

重力やばねのみが仕事をし、摩擦などのエネルギー損失がない場合に力学的エネルギーは一定に保たれます。

正解：B．質量と速度の2乗の積の半分

運動エネルギーは、質量の半分と速度の2乗を掛け合わせた値で計算されます。

正解：A．質量と重力加速度と高さの積

位置エネルギーは、物体の質量に重力加速度と基準面からの高さを掛け合わせて求められます。

正解：C．リードとピッチは等しくなる

ねじ山が1本で構成される一条ねじでは、1回転で進む距離であるリードと隣り合うねじ山間の距離であるピッチは同じです。

正解：A．おねじの外径とめねじの谷の径

ねじの呼び径は、おねじでは一番太い外径を、めねじでは一番広い谷の径を基準とします。

正解：B．ピッチが細かく緩みにくい

細目ねじはピッチが細かいため、同じ力で締めた際により強く締まり、微調整が必要な箇所などに使われます。

正解：C．角度は60度で基準はインチ

ユニファイねじはメートルねじと同じく角度は60度ですが、寸法はインチを基準としています。

正解：D．基礎ボルト

基礎ボルトはアンカーボルトとも呼ばれ、機械や構造物を基礎コンクリートに固定するために使われます。

正解：D．植込みボルト

植込みボルトはスタッドボルトとも呼ばれ、一端を本体に固定し他端をナットで締め付けて使います。

正解：C．始動時の摩擦が小さい

転がり軸受は点や線で接触して回転するため、滑り軸受に比べて始動時の摩擦が小さく高速回転に向いています。

正解：C．面で支えるため衝撃荷重に強い

滑り軸受は荷重を面で受ける構造のため、転がり軸受よりも衝撃荷重に対して強い特徴があります。

正解：B．スラスト軸受

軸に対して平行な方向に働く荷重を支える軸受をスラスト軸受と呼びます。

正解：D．ピボット軸受

ピボット軸受は小型で低荷重の箇所に適しており、時計や計器などに広く使われています。

正解：C．荷重によって内部に生じる単位面積あたりの抵抗力

応力は外部から荷重を受けた際に、それに抵抗しようとして部材内部に生じる単位面積あたりの力です。

正解：C．引張荷重と反対の方向に向く

内部に生じる抵抗力であるため、引張応力は引張荷重とは反対の方向を向いて部材を引き戻そうとします。

正解：D．せん断応力

はさみで切るように断面の両側から逆向きに働く荷重に対する応力をせん断応力と呼びます。

正解：B．比例限度

応力とひずみが正比例してグラフが直線となる限界の点を比例限度と呼びます。

正解：C．弾性限度

比例限度を超えてもグラフはやや曲がりますが、荷重をゼロにすれば元に戻る限界点が弾性限度です。

正解：A．上降伏点

弾性限度を超えて応力を増やすと、ある点で応力が増加せずにひずみが進行します。この始まりを上降伏点と呼びます。

正解：C．引張強さ

材料が破断する前に到達する最も高い応力の値を引張強さと呼び、基準強さとしてよく用いられます。

正解：A．0.2パーセントの永久ひずみが生じる耐力

アルミニウムなどの降伏点がない材料では、0.2%の塑性ひずみが生じる応力を耐力として用います。

正解：B．破断点がそのまま引張強さとなる

鋳鉄は応力が増加するとほぼ比例してひずみが増加し、明確な降伏点を持たずに突然破断するため破断点が引張強さになります。

正解：C．許容応力

安全に設計するために、部材が破壊されない最大応力として設定されるのが許容応力です。

正解：B．衝撃に弱い鋳鉄の方を高くする

鋳鉄は鋼に比べて衝撃に弱く脆いため、余裕を持たせるために安全率を高く設定します。

正解：A．静荷重より繰返し荷重、さらに衝撃荷重を高くする

荷重の変動が激しく予測が難しい衝撃荷重は最も危険なため、安全率を最も高く設定します。

正解：C．応力集中

切欠きと呼ばれる形状の急変部では応力が著しく大きくなり、破壊の原因となる応力集中が発生します。

正解：B．疲労破壊

金属材料が繰返し荷重を受け続けると、材料が疲労して小さな力でもひび割れて破壊する疲労破壊が起きます。

正解：B．クリープ現象

高温環境下などで一定の応力が加わり続けることで、時間経過とともに変形が進行する現象をクリープと呼びます。

正解：D．鋳鉄

炭素濃度が0.02〜2.14%のものを鋼、2.14〜6.67%のものを鋳鉄と呼び、鋳鉄の方が炭素が多く含まれます。

正解：B．振動を吸収する減衰能に優れている

ねずみ鋳鉄は引張には弱いですが、鋳造性や減衰能に優れており、機械の土台などに広く使われます。

正解：A．引張強さが増加し伸びが減少する

炭素量が増えると硬く強くなりますが、その分だけ粘り強さである伸びや絞りが減少し脆くなります。

正解：B．クロムが酸素と結合し不動態皮膜を作るため

ステンレス鋼は10.5%以上のクロムを含有しており、これが空気中の酸素と結合して保護膜を作ります。

正解：C．焼入れ

焼入れは急冷することで非常に硬いマルテンサイト組織を得るための熱処理ですが、脆くなる欠点があります。

正解：D．焼戻し

焼戻しは焼入れ後の材料を再加熱して冷却し、硬さを少し落としてじん性を持たせる処理です。

正解：A．焼なまし

焼なましは炉の中で非常にゆっくりと冷却することで、組織をパーライトに変化させ被削性を向上させます。

正解：B．焼ならし

焼ならしは空気中で冷却することで、結晶粒を微細化し機械的性質を改善する目的で行われます。

正解：C．青銅

青銅は銅にすずを加えた合金で耐食性や耐摩耗性に優れ、機械部品などに用いられます。

正解：A．密度は鉄の約3分の1で電気をよく通す

アルミニウムは非常に軽く、電気や熱の良導体であり、表面に酸化被膜を作るため耐食性もあります。

正解：B．ジュラルミン

ジュラルミンは軽量でありながら非常に高い強度を持つため、航空機などの材料として使われます。

正解：B．アルミニウムより軽く寸法安定性に優れる

マグネシウムは実用金属で最も軽く寸法安定性も良いですが、腐食しやすく加工が難しい欠点があります。

正解：D．ライニング

ライニングはプラスチックなどを溶射して厚い皮膜を作り、金属を腐食から守る表面処理です。

正解：C．電着塗装

電着塗装は塗料に直流電流を通電して電気的に吸着させるため、複雑な形状や隙間も効率よく塗装できます。

正解：A．静電粉体塗装

静電粉体塗装は粉末状の塗料を静電気で付着させて焼き付けるため、揮発性有機化合物を出さない環境に優しい塗装です。

正解：B．断面係数に反比例して小さくなる

最大曲げ応力は曲げモーメントを断面係数で割って求めるため、断面係数が大きいほど応力は小さくなり曲げに強くなります。