図１の装置は２つの円板を中心が重なるようにはりあわせて、その中心を軸にして一体となって回転できるようにしたもので、輪軸とよばれます。輪軸に関する次の問いに答えなさい。ただし、糸の重さは無視できるものとします。
（１）図１のように、半径５ｃｍと半径20cmの円板をはりあわせた輪軸を使い、内側の円板に40gのおもりをつるしました。輪軸を静止させるには、外側の円板に何ｇのおもりをつるしたらよいですか。
図１の輪軸と同じものを２つ用意して、図２のように接した円板の縁どうしがすべらないようにした装置を作ります。図２のように、40gのおもりを２つつるすと輪軸はどちらも回転しませんでした。２つの輪軸を組み合わせたものに関する以下の問いに答えなさい。ただし、図３以降の装置についても、すべて図１の輪軸を使い、円板の縁はすべらず、糸の重さは無視できるものとします。
（２）図３のような装置を作りました。右の輪軸の大きな円板に矢印の向きに力を加えると、２つの輪軸は静止したままでした。このとき、加えた力の大きさは何ｇの重さに相当しますか。
（３）図４のような装置を作りました。２つの輪軸を静止させるためには、図４の点Ａにどのような力を加えればよいですか。力の向きをアまたはイから選びなさい。また、その力の大きさは何ｇの重さに相当しますか。
（４）図５のように40 g と480 gのおもりをつるし、２つの輪軸を手でおさえて動かないようにしました。輪軸から手を静かにはなすと40 gのおもりはどのような動きをしますか。正しいものを選びなさい。
ア. 静止したまま。
イ. 上向きに動き始める。
ウ. 下向きに動き始める。
【解説と解答】
(1)40×5÷20＝10g
（答え）10g
(2)図２で左の輪軸の右端には10gの下向きの力がかかり、右の輪軸の左はしには10gの上向きの力がかかっているのでつりあいます。
図３では左の輪軸の右端には10gの上向きの力がかかるので、右の輪軸の真ん中の輪には同じく10gの上向きの力がかかりますから、10×5÷20＝2.5gの下向きの力がかかります。したがってこれと釣り合わせるので、上に2.5gの力で引っ張ればよいことになります。
（答え）2.5g
(3)図４では左の輪軸の小さい輪に40×4＝160gの上向きの力がかかります。したがって右の輪軸は下に引っ張ればよいので、アの方向に160g引っ張ればよいことになります。
（答え）ア 160g
(4) 左の輪軸の小さい方の輪には160gの上向きの力がかかります。一方右の輪軸の大きい方の輪は480÷4＝120gで左端は下向きにかかります。よって左の方が強いので左の輪は上向きに動くから40gのおもりは下向きに動きます。
（答え）ウ
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