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物理一覧

剛体の運動4|重心とその例

剛体の運動の基本3|力のつりあいとその例】の続きです.

剛体にはたらく力がつりあっているとは,

  1. 力の和が0である
  2. 任意の点での力のモーメントの和が0

であることをいうのでした.

さて,質点や剛体の「ある意味での中心」として,重心があります.詳しく書けば,この重心とは剛体にはたらく重力を合成したときの作用点です.

この記事では,重心について説明します.

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剛体の運動3|力のつりあいとその例

剛体の運動の基本2|力の合成の4つのパターン】の続きです.

大きさを考えない「質点」にはたらく力のつりあいは,単に力の和が0であることをいいました.

そして,「力のつりあい」に関して大切なことは,「力がつりあっているときには静止している物体は静止し続け,運動している物体は等速直線運動を続ける」ということでした.

【参考記事:力の基本2|力のつりあいとその例

しかし,大きさを考える「剛体」の運動では回転を考える必要もあり,単に力の和が0であっても静止している物体が静止し続けるとは限りません.

ですから,剛体にはたらく力がつりあいでは,力のモーメントのつりあいも考える必要があります.

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剛体の運動2|力の合成の4つのパターン

剛体の運動の基本1|力のモーメント】の続きです.

質量を持つ大きさを考えない物体を「質点」といい,質量を持ち大きさも考える物体を「剛体」というのでした.そして,剛体については回転などを考えることができ,力のモーメントは剛体の回転を表すのでした.

前回の記事で説明した力のモーメントは1つの力についてのもので,複数の力が剛体にはたらいているときにはそれらの力を合成して考えます.

この記事では,剛体にはたらく力の合成について説明します.

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剛体の運動1|力のモーメント

物理では,対象の物体を「大きさがない物体」として考える場合と「大きさがある物体」として考える場合の両方があります.

例えば,運動の法則など,小球が坂を転がったり,落下したりする場合には小球の大きさはないものとして「質点」として扱います.

一方,たとえば棒を壁に立てかけた場合などには,物体を「質点」として考えずに,物体は大きさをもつ「剛体」であるとして考える必要があります.

この記事では,「質点と剛体」を説明し,剛体の回転を表す「力のモーメント」を説明します.

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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

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が,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.

つまり,バネは変形させられると元の形に戻ろうとする弾性力がはたらきます.

バネをギュッと押し縮めると押し返そうとしますが,このとき縮めれば縮めるほど押し返そうとする力が強くなります.

一方で,バネをグッと伸ばすと縮まろうとしますが,このとき伸ばせば伸ばすほど縮まろうとする力が強くなります.

このように,変形させればさせるほど力強く元に戻ろうとする法則は[フックの法則]と呼ばれ,[フックの法則]から弾性力の大きさを計算することができます.

この記事では,弾性力の基本性質を説明したのち,具体的な問題を解いて弾性力の考え方をみます.

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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がされないためか,張力をなんとなくで捉えてしまっている人が多くいる印象を受けます.

しかし,高校物理で張力は頻出ですから,きっちり理解して使えるようになっておく必要があります.

例えば,糸を両側から引っ張ると両側に力が働きますが,このときはたらく張力は両側で等しいです.

また,張力に関する問題で迷う人が多いのは滑車が関わってくる問題ですが,滑車が関わってくる場合でも張力の考え方はいたってシンプルです.

この記事では,基本的な張力の考え方を説明し,具体例を用いて張力のはたらき方をみていきます.

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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