力学

浮力の基本|浮力を正しく理解する

湯船やプールに浸かると体が軽くなりますし,水に木片を入れると木片が水に浮きます.また,ヘリコプターはプロペラを回すことで宙に浮きます.
このように,流体(液体や気体)が物体を「浮かせる力」のこと「浮力」と言います.

物体が完全に沈んでいる場合でも,水面に浮かんでいる場合でも,「浮力」がどういうものかを知っていれば,どちらも同じ考え方で「浮力」の大きさを求めることができます.

「浮力」は苦手に思われることも多いですが,考え方さえ分かってしまえば全く難しいものではありません.

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弾性力の基本|フックの法則は怖くない

当然,バネは置いておくだけでは,静止して何のアクションも起こしません.しかし,バネは縮められると伸びようとしますし,伸ばされると縮もうとします.

このことは,「変形させられた物体が,元の形に戻ろうとして力がはたらく」ということができます.

この力のことを「弾性力」といいます.「弾性力」は形状記憶とも言えますね.形状記憶メガネはグニグニ曲げても元の形に戻ります.そのようなイメージがあれば良いでしょう.

さて,「弾性力」の大きさを知りたいときは[フックの法則]を用います.「フックの法則」と聞くと苦手意識がはたらく人も多いと思いますが,難しくないのでこの記事でパッと身につけてください.

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張力の基本|滑車があっても怖くない

張力は教科書でもあまり大きな扱われ方をしませんが,高校物理では頻出ですからきっちり抑えておく必要があります.

張力がはたらく場合で迷う人が多いのは,滑車が関わってくる場合です.しかし,滑車が関わってくる場合でも,張力のはたらき方はいたってシンプルです.

張力自体は全く複雑ではありません.張力のはたらき方をこの記事でしっかり押さえてください.

なお,張力を求めるためには「力のつりあい」や「運動方程式」を用いることが多いので,そちらもきっちり押さえておいてください.

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力の基本3|運動方程式,力と質量と加速度の関係

力の基本2|力のつりあいとその例】の続きです.

この記事では「運動方程式」について説明します.

「運動方程式」とは,質量mの物体に力\overrightarrow{F}を加えたときに物体が得る加速度を\overrightarrow{a}としたときに,成り立つ式\overrightarrow{F}=m\overrightarrow{a}のことをいいます.

「力のつりあい」による等式は静止している物体に対して有効でした.一方,「運動方程式」は静止している物体だけでなく,等加速度運動している物体に対しても有効です.

「運動方程式」は非常に重要なので,必ず押さえてください.

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力の基本2|力のつりあいとその例

力の基本1|基本的な6種類の力を知る】の続きです.

前回の記事では,「重力」「垂直抗力」「摩擦力」「張力」「弾性力」「浮力」のそれぞれについて簡単に説明をしました.

これらのうち,「垂直抗力」と「張力」にはパッと求められるような公式がなく,「力のつりあい」や「運動方程式」を用いて求めることが多いです.

質量をもつ全ての物体には「重力」がはたらきますし,接触していれば「垂直抗力」,「摩擦力」がはたらきます.液体に物体が浸かっていれば「浮力」がはたらきますし,紐につながっていれば「張力」が,バネにつながっていれば「弾性力」がはたらきます.

「力のつりあい」や「運動方程式」を用いるためには,はたらく力を図に全て正確に書き込めるようにならなければなりません.

この記事では,力のつりあいについて説明したあと,「力のつりあい」の例を考えます.

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力の基本1|基本的な6種類の力を知る

物理において,力がどのようにはたらいているのかを理解することは非常に大切です.

例えば,物理の目的には「未来の予測」などがあります.

たとえば,物体に力を加えると物体が加速度を得ることがありますが,どのような向きに力を加えて人工衛星を飛ばせば地球の周回軌道に乗せられるか,といったことは「未来の予測」です.

【参考記事:運動の基本3|等加速度直線運動の3つの公式

他にも,物体に力を加えると物体が回転することがありますが,どのような設計にすれば自転車を楽にこげる(車輪を回転させられる)か,などといったことも物理の問題になります.

このように,力を理解することは物理において非常に重要なのです.

この記事では,力の基本として,力にはどのような種類があるのかを説明します.

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摩擦力の基本|摩擦力の3パターンを理解する

「摩擦力」は物体と物体が接しているときに物体の動きを妨げる向きにはたらく力で,「抗力」の一種です.ですから,物体と物体が接していれば,「摩擦力」がはたらくかどうかは常に気にしたいところです.

また,どのような状況ではたらく「摩擦力」なのかによって,力の大きさの表し方は3種類に分かれます.

  1. 物体が静止しているときにはたらく摩擦力
  2. 物体がギリギリ動かないときにはたらく摩擦力
  3. 物体が動いているときにはたらく摩擦力

です.3を間違える人はあまりいませんが,1と2を混同する人がよくいます.実際には「1と3が基本で,2は特別な場合」と考える方が良いでしょう.

この記事で,この3つの「摩擦力」をしっかり区別してください.

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