消防設備士 甲種5類「基礎的知識（機械）」の一問一答

消防設備士 甲種5類の基礎的知識（機械）に関する一問一答（全45問）の正解と解説の一覧です。上の一問一答で実際に解いてから、ここで復習・確認できます。

1. 問1．物体に大きさ6Nと8Nの2つの力が互いに直角に作用しているとき、その合力の大きさは10Nである。

   正解：○（正しい）

   解説：互いに直角な2力の合力は直角三角形の斜辺として求められる。合力=√(6²+8²)=√(36+64)=√100=10Nとなり、正しい。

2. 問2．1個の動滑車を用いて質量20kgの物体を一定速度で引き上げるとき、ロープを引く力の大きさとして最も近いものはどれか。ただし重力加速度は9.8m/s²とし、滑車とロープの質量・摩擦は無視する。

   • ア．約392N
   • イ．約49N
   • ウ．約196N
   • エ．約98N

   正解：エ．約98N

   解説：物体にはたらく重力は20kg×9.8m/s²=196N。動滑車1個では荷重を2本のロープで支えるため、引く力は荷重の半分となり196N÷2=98Nとなる。

3. 問3．定滑車は力の向きを変えるはたらきをするが、加える力の大きさを軽減する効果はない。

   正解：○（正しい）

   解説：定滑車は軸が固定されており力の向きを変えるだけで、必要な力の大きさは荷重と等しく変わらない。力を軽減できるのは動滑車であり、記述は正しい。

4. 問4．材料の許容応力が240N/mm²、実際に生じる応力が60N/mm²であるとき、この材料の安全率は4である。

   正解：○（正しい）

   解説：安全率=基準となる強さ÷生じる応力の考え方で、240N/mm²÷60N/mm²=4となり、正しい。

5. 問5．水平な床の上に置かれた質量10kgの物体を動かすとき、床との静止摩擦係数が0.4であれば、動かし始めるのに必要な力の目安はおよそいくらか。ただし重力加速度は9.8m/s²とする。

   • ア．約39.2N
   • イ．約19.6N
   • ウ．約78.4N
   • エ．約98N

   正解：ア．約39.2N

   解説：最大静止摩擦力=静止摩擦係数×垂直抗力で求める。垂直抗力は重力に等しく10kg×9.8m/s²=98N。よって0.4×98N=39.2Nを超える力を加えると動き出す。

6. 問6．静止していた物体が一定の加速度2m/s²で直線運動を始めたとき、5秒後の速度は10m/sである。

   正解：○（正しい）

   解説：初速度0で等加速度運動する物体の速度は、速度=加速度×時間で求める。2m/s²×5s=10m/sとなり、正しい。

7. 問7．ある機械が20秒間に3000Jの仕事をしたとき、その仕事率(動力)は150Wである。

   正解：○（正しい）

   解説：仕事率=仕事÷時間で求める。3000J÷20s=150Wとなり、正しい。

8. 問8．断面積が2cm²の丸棒に軸方向へ4000Nの引張荷重が作用しているとき、棒に生じる引張応力の大きさとして正しいものはどれか。

   • ア．10N/mm²
   • イ．20N/mm²
   • ウ．40N/mm²
   • エ．200N/mm²

   正解：イ．20N/mm²

   解説：応力=荷重÷断面積で求める。断面積2cm²=200mm²であるから、4000N÷200mm²=20N/mm²となる。

9. 問9．炭素鋼は、含まれる炭素量が多くなるほど一般に硬さと引張強さが増すが、ねばり強さ(伸び・じん性)は低下する傾向がある。

   正解：○（正しい）

   解説：炭素鋼は炭素量の増加とともに硬さ・引張強さが増加する一方、伸びや衝撃に対するねばり強さは減少する。この一般傾向は正しい。

10. 問10．ステンレス鋼は、鉄にクロムやニッケルを加えることで表面に緻密な不動態被膜をつくり、さびにくくした合金鋼である。

    正解：○（正しい）

    解説：ステンレス鋼は主にクロム(必要に応じニッケル)を加えた合金鋼で、表面に緻密な不動態被膜を形成して腐食に対する抵抗性を高めている。記述は正しい。

11. 問11．ばね定数が200N/mのつるまきばねに、質量2kgのおもりを静かにつり下げたとき、ばねの伸びはおよそいくらか。ただし重力加速度は9.8m/s²とする。

    • ア．約19.6cm
    • イ．約4.9cm
    • ウ．約9.8cm
    • エ．約39.2cm

    正解：ウ．約9.8cm

    解説：フックの法則F=kxより、伸びx=F÷k。おもりの重力F=2kg×9.8m/s²=19.6N。x=19.6N÷200N/m=0.098m=9.8cmとなる。

12. 問12．ねじにおいて、ねじを1回転させたときに軸方向へ進む距離をリードといい、一条ねじではリードとピッチが等しくなる。

    正解：○（正しい）

    解説：リードはねじ1回転で軸方向に進む距離、ピッチは隣り合うねじ山の間隔である。一条ねじではリード=ピッチとなる。記述は正しい。

13. 問13．歯数20の小歯車が歯数60の大歯車とかみ合っているとき、小歯車が3回転する間に大歯車は1回転する。

    正解：○（正しい）

    解説：かみ合う歯車の回転数は歯数に反比例する。歯数比は20:60=1:3であるから、小歯車が3回転する間に大歯車は1回転する。記述は正しい。

14. 問14．質量50kgの物体を鉛直方向に3m持ち上げるのに必要な仕事の大きさはおよそいくらか。ただし重力加速度は9.8m/s²とする。

    • ア．約4900J
    • イ．約147J
    • ウ．約490J
    • エ．約1470J

    正解：エ．約1470J

    解説：仕事=力×移動距離で求める。持ち上げる力は重力に等しく50kg×9.8m/s²=490N。仕事=490N×3m=1470Jとなる。

15. 問15．材料に繰り返し荷重が長期間作用すると、静的な強さより小さい応力でも破壊することがある。この現象を疲労という。

    正解：○（正しい）

    解説：疲労は、繰り返し荷重によって静的破壊強さよりも小さい応力でも材料が破壊に至る現象である。避難器具の可動部などでも考慮すべき事項であり、記述は正しい。

16. 問16．定滑車と動滑車を組み合わせて動滑車を1個使う装置で物体をつり上げると、理論上は加える力が半分で済む代わりに、ロープを引く長さは持ち上げる高さの2倍必要になる。

    正解：○（正しい）

    解説：動滑車を1個使うと力は半分になるが、仕事の原理により力が半分になった分だけロープを引く距離は2倍になる。仕事の量そのものは変わらない。記述は正しい。

17. 問17．てこを使って荷重を持ち上げる装置がある。支点から力点までの距離が90cm、支点から作用点(荷重)までの距離が30cmであるとき、300Nの荷重を持ち上げるのに力点へ加える力はいくらか。摩擦は無視する。

    • ア．100N
    • イ．150N
    • ウ．300N
    • エ．900N

    正解：ア．100N

    解説：てこのつり合いは、力点の力×力点までの距離=荷重×作用点までの距離で表される。加える力をFとすると、F×90cm=300N×30cm。F=9000÷90=100Nとなる。

18. 問18．軸受のうち、玉やころなどの転動体を用いて軸を支えるものを「転がり軸受」という。

    正解：○（正しい）

    解説：玉やころなどの転動体を用いる軸受は転がり軸受である。軸と軸受面が直接すべり接触するものはすべり軸受という。記述は正しい。

19. 問19．断面積100mm²の軟鋼棒に15000Nの引張荷重を加えたとき、この材料の許容応力が120N/mm²であるならば、この棒は許容応力を超えて使用されていることになる。

    正解：○（正しい）

    解説：生じる応力=15000N÷100mm²=150N/mm²である。許容応力120N/mm²を上回っているため、許容応力を超えており記述は正しい。

20. 問20．鋼を高温に加熱したのち水や油で急冷して硬さを高める熱処理を何というか。

    • ア．焼なまし
    • イ．焼入れ
    • ウ．焼ならし
    • エ．焼戻し

    正解：イ．焼入れ

    解説：高温から急冷して硬さを増す操作は焼入れである。焼入れ後の材料はもろくなるため、通常は再加熱してねばりを回復させる焼戻しと組み合わせて用いられる。

21. 問21．アルミニウムは鉄(鋼)に比べて密度が小さく軽量であるが、同じ形状であれば一般に鋼よりも縦弾性係数(ヤング率)が小さく、変形しやすい。

    正解：○（正しい）

    解説：アルミニウムは鋼の約3分の1の密度で軽量だが、縦弾性係数(ヤング率)も鋼の約3分の1で、同じ荷重に対して変形しやすい。記述は正しい。

22. 問22．長さ3mの軽い棒の左端を支点とし、支点から2mの位置に鉛直下向きに300Nの力を加えたとき、支点まわりのモーメントの大きさは900N・mである。

    正解：×（誤り）

    解説：モーメント=力×支点からの垂直距離で求める。300N×2m=600N・mとなるため、900N・mは誤りである。

23. 問23．ピッチ2mmの二条ねじを3回転させたとき、ねじが軸方向に進む距離はいくらか。

    • ア．6mm
    • イ．9mm
    • ウ．12mm
    • エ．24mm

    正解：ウ．12mm

    解説：二条ねじのリードはピッチ×条数=2mm×2=4mm。1回転で4mm進むので、3回転では4mm×3=12mm進む。

24. 問24．フックの法則によれば、弾性限度内において材料に生じるひずみは、それに加わる応力に反比例する。

    正解：×（誤り）

    解説：フックの法則は、弾性限度内では応力とひずみが比例関係(応力=縦弾性係数×ひずみ)にあることを示す。反比例ではなく比例であるため、記述は誤りである。

25. 問25．鋼の熱処理のうち、加熱後に炉の中などでゆっくり冷却して内部ひずみを除き、組織を軟らかく均一にする操作を「焼入れ」という。

    正解：×（誤り）

    解説：加熱後にゆっくり冷却して軟化させ内部ひずみを除く操作は「焼なまし(焼鈍)」である。焼入れは高温から急冷して硬くする操作であり、記述は誤りである。

26. 問26．直径10mmの丸棒に、軸に直角な方向へ切断しようとする力(せん断力)7850Nが作用したとき、断面に生じるせん断応力の大きさとして最も近いものはどれか。ただし円周率は3.14とする。

    • ア．約50N/mm²
    • イ．約200N/mm²
    • ウ．約157N/mm²
    • エ．約100N/mm²

    正解：エ．約100N/mm²

    解説：断面積=π×(直径÷2)²=3.14×5²=78.5mm²。せん断応力=荷重÷断面積=7850N÷78.5mm²=100N/mm²となる。

27. 問27．材料が常温以下の低温下で一定の荷重を受け続けると、時間の経過とともにひずみが徐々に増大していく現象をクリープという。

    正解：×（誤り）

    解説：クリープは主に高温下で一定荷重を受け続けたときに時間とともにひずみが増大する現象である。低温下でとする記述は誤りである。

28. 問28．同じ材質・同じ長さの丸棒に等しい引張荷重を加えたとき、断面積が2倍の棒に生じる引張応力は、もとの棒の2倍になる。

    正解：×（誤り）

    解説：応力=荷重÷断面積であるから、荷重が同じで断面積が2倍になると応力は2分の1になる。2倍になるとする記述は誤りである。

29. 問29．初速度をもたずに自由落下する物体は、落下開始から2秒後にはおよそ何m落下しているか。ただし重力加速度は9.8m/s²とし、空気抵抗は無視する。

    • ア．約19.6m
    • イ．約9.8m
    • ウ．約29.4m
    • エ．約39.2m

    正解：ア．約19.6m

    解説：自由落下の距離は、距離=(1/2)×重力加速度×時間²で求める。(1/2)×9.8×2²=(1/2)×9.8×4=19.6mとなる。

30. 問30．ばね定数が異なる2つのばねについて、同じ大きさの力を加えたとき、ばね定数が大きいばねほど伸びは大きくなる。

    正解：×（誤り）

    解説：フックの法則F=kxより、伸びx=F÷kである。力Fが同じならばね定数kが大きいほど伸びxは小さくなる。大きくなるとする記述は誤りである。

31. 問31．静止摩擦係数0.5の水平面上に質量8kgの物体が置かれている。この物体に水平方向へ30Nの力を加えたとき、物体は動き出す。ただし重力加速度は9.8m/s²とする。

    正解：×（誤り）

    解説：最大静止摩擦力=0.5×(8kg×9.8m/s²)=0.5×78.4N=39.2Nである。加えた力30Nはこれより小さいため物体は動かない。動き出すとする記述は誤りである。

32. 問32．傾斜角30°のなめらかな斜面上に置かれた質量20kgの物体が、斜面に沿って滑り落ちないように支えるために斜面方向に必要な力はおよそいくらか。ただし重力加速度は9.8m/s²とし、摩擦は無視する。

    • ア．約49N
    • イ．約98N
    • ウ．約170N
    • エ．約196N

    正解：イ．約98N

    解説：斜面方向の重力成分=重力×sin(傾斜角)で求める。重力は20kg×9.8m/s²=196N。sin30°=0.5なので、196N×0.5=98Nを斜面方向に支える必要がある。

33. 問33．材料の基準強さ(引張強さ)が同じであれば、安全率を大きく設定するほど、その材料の許容応力は大きくなる。

    正解：×（誤り）

    解説：許容応力=基準強さ÷安全率の関係にあり、基準強さが同じなら安全率を大きくとるほど許容応力は小さくなる。大きくなるとする記述は誤りである。

34. 問34．同じ材料で断面積が等しい柱を比べたとき、圧縮荷重に対しては、細長い柱ほど途中で横に折れ曲がる座屈が起こりにくく、より大きな荷重に耐えられる。

    正解：×（誤り）

    解説：細長い柱ほど座屈が起こりやすく、座屈によって小さな荷重で不安定になる。細長いほど座屈しにくいとする記述は誤りである。

35. 問35．長さ2mの軽い棒の両端をそれぞれ支えている。棒の左端から0.5mの位置に600Nの荷重をかけたとき、右端の支えが受ける力(反力)はいくらか。

    • ア．100N
    • イ．300N
    • ウ．150N
    • エ．450N

    正解：ウ．150N

    解説：左端まわりのモーメントのつり合いより、右端反力×2m=600N×0.5m。右端反力=300÷2=150Nとなる。

36. 問36．多条ねじ(条数が2以上のねじ)では、ねじ1回転あたりに軸方向へ進む距離(リード)は、隣り合うねじ山の間隔(ピッチ)と常に等しくなる。

    正解：×（誤り）

    解説：多条ねじではリード=ピッチ×条数となり、条数が2以上ならリードはピッチより大きくなる。リードとピッチが常に等しいのは一条ねじだけであり、記述は誤りである。

37. 問37．2つの力が一直線上で互いに反対向きに作用しているとき、その合力の大きさは常に2つの力の大きさの和に等しくなる。

    正解：×（誤り）

    解説：一直線上で反対向きの2力の合力は、両者の大きさの差になり向きは大きいほうに一致する。和になるのは同じ向きに作用する場合であり、記述は誤りである。

38. 問38．質量2kgの物体を高さ5mの位置に静止させているとき、この物体がもつ位置エネルギーはおよそいくらか。ただし重力加速度は9.8m/s²とし、基準面を地面とする。

    • ア．約49J
    • イ．約196J
    • ウ．約490J
    • エ．約98J

    正解：エ．約98J

    解説：位置エネルギー=質量×重力加速度×高さで求める。2kg×9.8m/s²×5m=98Jとなる。

39. 問39．輪の半径が30cm、軸の半径が10cmの輪軸で、軸に巻いたロープで600Nの荷重を持ち上げるには、輪に加える力は最小でいくら必要か。摩擦は無視する。

    • ア．200N
    • イ．300N
    • ウ．100N
    • エ．1800N

    正解：ア．200N

    解説：輪軸のつり合いは、加える力×輪の半径=荷重×軸の半径で表される。加える力をFとすると、F×30cm=600N×10cm。F=6000÷30=200Nとなる。

40. 問40．質量4kgの物体に一定の力を加えたところ、3m/s²の加速度が生じた。このとき加えた力の大きさはいくらか。

    • ア．約1.3N
    • イ．約12N
    • ウ．約7N
    • エ．約36N

    正解：イ．約12N

    解説：運動の法則(力=質量×加速度)より、力=4kg×3m/s²=12Nとなる。

41. 問41．支点から力点までの距離が支点から作用点までの距離の4倍となるてこで、力点に25Nの力を加えたとき、作用点で発生する荷重(持ち上げられる力)はいくらか。摩擦は無視する。

    • ア．約6.25N
    • イ．約25N
    • ウ．約100N
    • エ．約200N

    正解：ウ．約100N

    解説：てこのつり合いより、力点の力×力点までの距離=作用点の力×作用点までの距離。作用点までの距離をLとすると力点までの距離は4L。25N×4L=W×Lより、W=100Nとなる。

42. 問42．断面積50mm²の棒に4000Nの引張荷重が作用しているとき、この材料の引張強さが640N/mm²であるならば、この荷重に対する安全率はいくらか。

    • ア．約2
    • イ．約4
    • ウ．約16
    • エ．約8

    正解：エ．約8

    解説：生じる応力=4000N÷50mm²=80N/mm²。安全率=引張強さ÷生じる応力=640N/mm²÷80N/mm²=8となる。

43. 問43．水平面上で質量5kgの物体を初速度をもたない状態から一定の力で押し、4m/s²の加速度で3秒間動かした。3秒後の速度はいくらか。摩擦は無視する。

    • ア．約12m/s
    • イ．約20m/s
    • ウ．約60m/s
    • エ．約7m/s

    正解：ア．約12m/s

    解説：速度=加速度×時間で求める。4m/s²×3s=12m/sとなる。

44. 問44．直径2mmの素線を7本用いた1本のワイヤについて、素線1本あたりが1500Nまで耐えられるとき、7本合計で耐えられる引張荷重はいくらか。素線が均等に荷重を負担するものとする。

    • ア．約1500N
    • イ．約10500N
    • ウ．約15000N
    • エ．約7500N

    正解：イ．約10500N

    解説：均等に荷重を負担すると、全体で耐えられる荷重=素線1本あたりの荷重×本数=1500N×7=10500Nとなる。

45. 問45．直径20mm、長さ40mmの丸棒に軸方向の引張荷重が作用し、長さが0.04mm伸びた。この棒の縦ひずみはいくらか。

    • ア．0.0001
    • イ．0.01
    • ウ．0.001
    • エ．0.1

    正解：ウ．0.001

    解説：縦ひずみ=伸び÷もとの長さで求める。0.04mm÷40mm=0.001となる。