図のような輪軸を利用して、力 F で 18 kg の物体を引き上げた（ひもの摩擦と重さは無視できるものとする）。
ひもを引く最小限の力 F はどれか。
ただし、100 g の物体を引き上げるのに必要な力を1N とする。
正答2
解説
正解は2です。
輪軸は、半径の異なる2つの輪を同じ軸に固定した装置で、てこの原理が成り立ちます。
図では、18kgの物体が半径15cmの内側の輪に、引く力Fが半径45cmの外側の輪にかかっています。
【計算】
物体の重さを力に直します：18kg＝18,000gなので、100gで1Nより180Nです。
つり合いの条件は、軸まわりのモーメントが等しいことです：F×45cm＝180N×15cmです。
両辺を45cmで割ると、F＝180N×15÷45です。
F＝60Nとなります。
【選択肢別解説】
1：× 20Nは、180Nを9で割った値で、半径の比を2乗して用いた誤りです。
2：○ 半径の比が45：15＝3：1なので、必要な力は物体の重さの1/3の60Nです。
3：× 180Nは物体の重さそのもので、輪軸による力の軽減を考えていない値です。
4：× 540Nは、180Nに半径の比3を掛けた値で、内側と外側を逆にした誤りです。
5：× 1,620Nは、180Nに半径の比の2乗9を掛けた値で、誤りです。
【ポイント】
輪軸では「力×外側の半径＝重さ×内側の半径」が成り立ちます。
外側の大きな輪を引くほど小さな力で済みますが、引く距離は長くなります。