物理

剛体の運動の基本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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剛体の運動の基本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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剛体の運動の基本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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剛体の運動の基本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

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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