物理基礎⑦ 力の3要素といろいろな力の紹介 ~それぞれの力の図示の仕方(作用点の位置、矢印の向き)を覚えれば大丈夫~

物理基礎・物理
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こんにちは!今回は力について学んでいきましょう!

授業だと、「力って何でしょう?」っていう疑問をよく投げかけています。

だいたい帰ってくる答えが、「目には見えないもの!」とか、「あの人は力強そうだなー!」とか、そんな答えが帰ってきます。

力のイメージを聞くと、小学校、中学校毎に言われている例が異なっていて面白いです。

物理では、きちんとしたルールを決めて、力を定義しています。

まず、力の定義を覚えて、力の図示のポイントまで抑えましょう!

力の定義

力の定義は二つあります。下のいずれかを満たせば力がはたらいているとみなされます。

物体の速度(向き、大きさ)が変化した。

北向きに動いていた物体が東向きになった。速くなったなど物体の運動が変化する場合

物体が変形した。    

物体が曲がった、膨らんだ、砕けたなどの形が変形するものが該当します。

力の3要素

力は目に見えないものなので、見えやすいように矢印で表記してあげます。力の3要素を理解して、力を書いていきましょう

力の3要素とは、

  • 力の向き
  • 力の大きさ
  • 作用点

のことです。

この3つが物体の運動の向きや、加速する大きさなどの運動の要因を決めていきます。

重力 W〔N〕を図示してみる

重力は地球が物体を引く力です。

  • 力の向き・・・下向き
  • 力の大きさ・・・mg
  • 作用点・・・物体の中心
重力の例

作用点から力の向きに引いた直線を作用線といいます。

2力のつりあいの分野では作用線の一致が必須項目になりますので、覚えておきましょう♪

いろいろな力を覚えて図示しよう

重力を図示しましたが、他の力も図示してみましょう。力を図示する際に最も大切なのは、作用点と力の向きです。力の大きさはていねいに描けるに越したことはないですが、マス目がないと完璧に書く事が難しいです。

力の向きを間違えてしまうと、後ほど問題を解くことになる「3力のつりあい」「2物体の運動方程式」の分野で確実につまづきます。気をつけていきましょう!

垂直抗力N〔N〕

垂直抗力は床や壁などの物体に触れている面が物体を押す力です。床だけでなく、横の壁からも生じたりします。とにかく物体と面が触れたら確実に発生する力です。

  • 力の向き・・・面から物体向かって垂直に描く
  • 力の大きさ・・・常に変動
  • 作用点・・・物体と面が接する部分(水平面と斜面で作用点がずれることがある)

張力T〔N〕

張力は張っている糸が物体を引く力です。糸がたるんでいると力が全く発生しません。

  • 力の向き・・・物体から糸の向き
  • 力の大きさ・・・常に変動
  • 作用点・・・糸と物体が触れている部分

摩擦力F〔N〕

物体の進行方法と逆向きにはたらく力です。摩擦力は静止摩擦力と動摩擦力があります。詳しい説明は別ページに用意しています。

興味がある人は「静止摩擦力」「動摩擦力」の文字をクリックしてください。

  • 力の向き・・・運動方向と逆向きで、面に対して水平な方向
  • 力の大きさ・・・ 静止摩擦力は変動、動摩擦力は一定
  • 作用点・・・面と物体が触れている部分です。

弾性力F〔N〕

バネが物体を押したり、引いたりする力です。バネの伸縮の状態に気をつけましょう。

フックの法則と呼ばれているF=kx(弾性力=ばね定数×ばねの伸びた量(縮んだ量))

が有名で、頻繁に出てきます。

  • 力の向き・・・バネの伸縮の状態によって変化(伸びていればバネの向き、縮んでいれば物体の向き)
  • 弾性力の大きさはF=kxという公式で求める。
  • 作用点は物体とバネが触れている部分。

複数の力を記入する際の手順

力は何種類かあり、問題文を読んで自ら力を記入していきます。力を描く際の手順を紹介していきたいと思います。

  1. 重力を書き込む
  2. 触れているものをチェックして書き込む

物理基礎、物理と習っていくと触れていなくてもはたらく力(遠隔力)が何種類か出てきます。これらの力は物体の中心から書くようにしましょう。

まとめ

今回は力についていろいろと学びました!今回の内容をまとめてみましょう!

  • 力がはたらいていると物体は運動の様子が変化したり、変形したりする。
  • 力の三要素(力の向き、力の大きさ、作用点)がどのような運動をするか決める。
  • 力を図示する際は重力から描いて、触れている部分の力を描いていく。

力がはたらいている理由をきちんと答えたり、力をきちんと図示することはとても大切な事です。

これからの日常生活で、物体が変形してたり、運動の変化を見たときに、ああ~力がはたらいてるな~と思って過ごしてください。笑ヽ(・∀・)ノ

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