第51回 理学療法士国家試験 午前 第69問

■ 正答：2番 — 60N 輪軸は回転半径の異なる2つの滑車の組み合わせです。本問では大きい滑車（半径R）にロープが巻き、小さい滑車（半径r）に力Fを加えています。力学的有利性は R/r の比で決まり、必要な力は「物体の重さ ÷ 力学的有利性」で求められます。18kg = 180Nの物体を引き上げるには、図の寸法比（R:r = 3:1と推定）から、F = 180N ÷ 3 = 60N となります。 --- 【各選択肢の解説】 1. 20N ❌ 誤り。この値は180N ÷ 9となり、輪軸の半径比がR:r = 9:1である場合に相当しますが、図の寸法比に合いません。 2. 60N ✅ 正しい。18kg(=180N)を半径比R:r = 3:1の輪軸で引き上げる場合、必要な力は180N ÷ 3 = 60Nです。 3. 180N ❌ 誤り。これは物体の重さそのものであり、滑車による力学的有利性が全く働いていない状態です。輪軸を使用する意味がありません。 4. 540N ❌ 誤り。この値は180N × 3となり、逆方向の計算です。輪軸の力学的有利性とは相反します。 5. 1,620N ❌ 誤り。最も大きい値で、180N × 9に相当します。物体を引き上げるのに必要な力としては過剰であり、輪軸の機械的有利性を完全に無視した値です。 --- 【試験対策ポイント】 - 輪軸の機械的有利性 = 大滑車の半径 ÷ 小滑車の半径 - 必要な力 = 負荷 ÷ 機械的有利性 - 100g = 1N の換算式を確実に適用（18kg = 180N）