消防設備士乙種2類　① 機械系基礎（水理・力学・材料）

正解：D．合金に比べて機械的強度が高い傾向がある

純金属は合金に比べて機械的強度が低く合金化することで強度が向上します。

正解：D．展性や延性が純金属より高まる

合金にすることで強度や耐食性は向上しますが展性や延性は一般に低下しやすくなります。

正解：D．焼き入れ

高温加熱後に急冷して硬度を高める処理を焼き入れといいます。

正解：B．焼き入れで脆くなった組織に粘りを与え硬さを調整する

焼き入れによって硬く脆くなった金属に強靭性を持たせるために行われます。

正解：C．焼きなましは炉内で徐冷し組織を均一化するが焼きならしは空冷して粘り強さを増す

焼きなましはやわらかく均一化し焼きならしは組織を安定させ粘り強さを増す処理です。

正解：A．鉄に炭素を0.02から2パーセント程度含むものである

炭素含有量が0.02から2パーセントのものを炭素鋼と呼びます。

正解：C．衝撃に強く割れにくい

鋳鉄は耐摩耗性に優れますが脆く衝撃に弱いという弱点があります。

正解：D．溶射

溶融金属を吹き付けて表面を被覆する方法を溶射といいます。

正解：C．アーク光が発生しないのが特徴である

可燃性ガスを燃焼させて溶接するためアーク光が発生しません。

正解：C．消耗しないタングステンを電極に使用し別の溶接棒を溶かす方法である

ティグ溶接はタングステン電極を用い非鉄金属の溶接などに適しています。

正解：C．メートルねじでおねじの外径が20ミリメートルである

Mはメートルねじを表し数値はおねじの外径寸法を示します。

正解：A．フックの法則

弾性限度内において変形量は加えた力に比例するというのがフックの法則です。

正解：D．ショート硬さ試験

ショア硬さ試験は存在しますがショート硬さ試験という名称はありません。

正解：B．鋳鋼は鋼を鋳造したもので鋳鉄に比べ靭性に勝る

鋳鋼は鋼を鋳造したものであり鋳鉄の弱点である靭性や衝撃への弱さを克服しています。

正解：B．石油ストーブの燃料タンクなどの製造

円盤状の電極で線状に接合するため気密性が求められるタンクなどに用いられます。

正解：D．一度使用したら再利用性は考慮しないこと

環境汚染防止の観点から再利用性も考慮して材料を選定する必要があります。

正解：D．熱伝導率が非常に高い

ゴム製品は一般に電気絶縁性だけでなく熱絶縁性にも優れ熱伝導率は低いです。

正解：B．物質の質量と同体積の4度の水の質量との比である

液体や固体の比重は4度の水の質量を基準として比較されます。

正解：B．ボイルの法則

温度一定で圧力と体積が反比例する関係をボイルの法則といいます。

正解：C．絶対零度は摂氏マイナス273度で表される

絶対温度0ケルビンは一般的に摂氏マイナス273度として扱われます。

正解：C．ボイルシャルルの法則

ボイルの法則とシャルルの法則を組み合わせた気体の状態方程式の基礎となる法則です。

正解：B．液体と気体

一定の形を持たず流動する性質を持つ液体と気体をまとめて流体と呼びます。

正解：A．体積は約1.1倍に増加する

水は氷になるときに密度が下がり体積が約1.1倍に膨張します。

正解：C．表面から凍るなぜなら4度の水が最も重く底に沈むから

水は4度で密度が最大となり底に沈むため水面から冷やされて凍結が始まります。

正解：C．絶対圧力は大気圧とゲージ圧力を足したものである

完全真空をゼロとする絶対圧力は大気圧にゲージ圧力を加えた値になります。

正解：C．760ミリメートル

1気圧のもとで大気圧は水銀柱を約760ミリメートル持ち上げます。

正解：D．約10.33メートル

大気圧は水柱に換算すると約10.33メートルの高さに相当します。

正解：C．容器の底面積

水深による圧力は水深と液体の密度および重力加速度で決まり底面積には依存しません。

正解：C．パスカルの原理

この原理を応用して油圧ジャッキなどの力を拡大する機器が作られています。

正解：B．浮力

この現象はアルキメデスの原理と呼ばれ物体の比重測定などにも利用されます。

正解：B．連続の定理

流体が非圧縮性である場合断面積と流速の積である流量は常に一定となります。

正解：D．熱水頭

ベルヌーイの定理は圧力エネルギーと速度エネルギーと位置エネルギーの総和が一定であることを示します。

正解：D．大気圧の変動

摩擦損失は管の長さと流速の二乗に比例し管径に反比例して生じます。大気圧は直接関係ありません。

正解：D．ポンプの電動機の質量

全揚程は吸い込み高さや押し上げ高さおよび配管等の摩擦損失の総和で表されます。

正解：B．渦巻きポンプ

消火設備では回転式ポンプの一種である渦巻きポンプが広く採用されています。

正解：C．ウォーターハンマー

水撃作用とも呼ばれ配管の破損の原因となるため注意が必要です。

正解：B．キャビテーション

吸込側の圧力低下などにより気泡が発生するとポンプ性能が著しく低下します。

正解：A．サージング

配管系とポンプの特性が干渉して起こる自励振動現象をサージングと呼びます。

正解：B．断面積の比に比例して大きくなる

パスカルの原理により圧力は一定となるため面積が広いほど受ける力は大きくなります。

正解：C．トリチェリの定理

液面からの深さのみによって流速が決まることを示した定理です。

正解：C．絶対圧力がゼロの場合は完全真空を意味する

完全真空をゼロ基準としているため絶対圧力には負の値は存在しません。

正解：A．湖の水が表面から凍るため水中の生物が冬を越せる

4度の重い水が底に留まることで全体が凍結することを防いでいます。

正解：D．力の速度

力は大きさや作用点および方向の三つの要素によって表現されます。

正解：C．力の大きさと距離の積

力のモーメントは腕の長さとそこに垂直に働く力の積で表され回転させる能力を示します。

正解：C．物体は等加速度運動をしている

力がつり合っている場合物体に加速度は生じず静止または等速直線運動を続けます。

正解：B．物体をバランスよく支えることができる点のことである

重心は物体の各部に働く重力の合力の作用点でありバランスが取れる位置です。

正解：D．速度と加速度の単位はどちらも同じである

速度の単位はメートル毎秒ですが加速度の単位はメートル毎秒毎秒であり異なります。

正解：C．慣性の法則

外力が加わらない限り物体は静止または等速直線運動を続けるという法則です。

正解：B．加えた力に比例し物体の質量に反比例する

運動方程式において力は質量と加速度の積で表されるため加速度は力に比例し質量に反比例します。

正解：B．ロケットがガスを後方に噴射して前進する

物体に力を及ぼすと同時に逆向きで同じ大きさの力を受ける作用反作用の法則の例です。

正解：D．運動量

運動量は物体の運動の勢いを表す指標であり質量と速度の積で計算されます。

正解：A．運動量保存の法則

作用反作用の力のみが働く系では全体の運動量は常に保存されます。

正解：B．物体に加えた力と移動した距離の積である

仕事は力の大きさとその力の方向に移動した距離の積で求められ単位はジュールです。

正解：B．単位時間当たりに行った仕事の量である

仕事率は1秒間あたりにする仕事の量を意味しワットなどの単位で表されます。

正解：B．物体の質量と高さと重力加速度の積で求められる

基準面からの高さにある物体が持つ仕事をする能力を位置エネルギーといいます。

正解：C．位置エネルギーと運動エネルギーの和が常に一定である

摩擦などによるエネルギーの損失がない系では力学的エネルギーの総和は変化しません。

正解：D．仕事の原理

道具を使うと力を小さくすることはできても距離が長くなるため仕事の総量は変わりません。

正解：C．力は半分になり引く距離は2倍になる

動滑車を使うと持ち上げる力は半分で済みますがロープを引く距離は2倍必要になります。

正解：C．垂直抗力と摩擦係数の積で求められる

摩擦力は接触面の状態による摩擦係数と面を押し付ける垂直抗力に比例します。

正解：B．すべり摩擦の方がころがり摩擦よりも大きい

同じ条件であればころがる方が抵抗が少ないためころがり摩擦はすべり摩擦より小さくなります。

正解：B．スパナを使ってボルトを締め付ける

支点からの距離を利用して小さな力で大きな回転力を得るスパナはモーメントの原理を利用しています。

正解：D．平行な力の合力は常に重心を通過する

つり合いの条件は力の和とモーメントの和がゼロになることであり合力が重心を通るとは限りません。

正解：C．せん断荷重

はさみで物を切るときのように面を滑らせて切断しようとする力をせん断荷重といいます。

正解：C．パスカル

応力は圧力と同じく単位面積当たりの力を表すためパスカルまたはメガパスカルが使用されます。

正解：B．ひずみ

ひずみは元の寸法に対する変形の割合を示す無次元数であり単位はありません。

正解：A．横ひずみ

引張り荷重を加えると軸方向に伸びる一方で直角方向には縮む変形が生じます。

正解：B．比例限度

フックの法則が成り立つ範囲の最大応力を示す点が比例限度です。

正解：D．弾性限度

弾性限度を超えて荷重を加えると力を抜いても元に戻らない永久ひずみが残ります。

正解：C．降伏点

金属材料が急激に変形を始めるこの点を降伏点と呼びます。

正解：C．極限強さ

この点を超えると材料は局所的に細くなり最終的に破断に至ります。

正解：B．ポアソン比

材料が引張られた際にどれだけ細くなるかを示す割合がポアソン比です。

正解：A．ヤング率

ヤング率が大きい材料ほど同じ力を加えても伸びにくく剛性が高いといえます。

正解：C．クリープ

高温環境下で特に顕著になるこの現象をクリープと呼びます。

正解：A．許容応力

機械や構造物を設計する際にはこの許容応力を超えないように部材の寸法を決定します。

正解：C．極めて短時間に急激に加えられる荷重である

ハンマーで叩くように瞬間的に大きな力が加わる荷重を衝撃荷重といい材料の破壊を招きやすいです。

正解：B．引張りは軸方向に引き伸ばす力で圧縮は軸方向に押しつぶす力である

引張り荷重は物体を伸ばし圧縮荷重は物体を縮めるように働く外力です。

正解：A．極限強さを許容応力で割った値である

安全率は材料が破壊する限界の強さに対してどれだけの余裕を持たせて設計しているかを示す指標です。