技術士 第一次試験 基礎科目 3群 解析 練習問題 第3問: 質量 2.0 kg、長さ 1.2 m の一様な細い棒がある。棒の一端から 0.15 m の点を通り、棒に垂直な軸のまわりの慣性モーメントに最も近い値はどれか。た
基礎科目 3群 解析
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第3問
質量 2.0 kg、長さ 1.2 m の一様な細い棒がある。棒の一端から 0.15 m の点を通り、棒に垂直な軸のまわりの慣性モーメントに最も近い値はどれか。ただし、棒の太さは無視する。
解答と解説を先に見る
先に見ると、この問題は今回は育ちません。
正解: 4. 0.645 kg·m²
慣性モーメントは約0.645 kg·m²です。OpenStax University Physics Volume 1 §10.5 は、一様な細い棒の中心を通る垂直な軸のまわりの慣性モーメントを ML²/12、端を通る軸で ML²/3 と導き、平行軸の定理 I=I重心+Md²(d は重心から軸までの距離)を示しています。
重心のまわり: 2.0×1.2²÷12=0.240 kg·m²
重心(端から 0.60 m)から軸までの距離: d=0.60−0.15=0.45 m
Md²=2.0×0.45²=0.405 kg·m²
I=0.240+0.405=0.645 kg·m²
検算(積分): 線密度 2.0÷1.2 を掛けて ∫x²dx を −0.15 m から 1.05 m まで取ると (2.0/1.2)×(1.05³+0.15³)÷3=0.645 kg·m²
「0.240」は Md² の足し忘れ、「0.285」は d に端からの距離 0.15 m を使ったもの、「0.555」と「1.37」は端の軸の値 ML²/3=0.96 から出発して Md² を引いた・足したものです。
関連キーワード: 慣性モーメント・平行軸の定理・剛体
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