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力学一覧

浮力の基本|浮力のポイントは密度!考え方から公式まで

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|バネの力は「フックの法則」で考えよう!

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,シンプルに理解しよう

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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力の基本3|「運動方程式」は力がつり合わないときに考える!

物体の運動を考えるとき,物体にはたらく力がつり合っているかどうかは,物体の運動を考える際に重要です.

前回の記事で説明したように,物体にはたらく力がつり合っていれば物体は等速直線運動を続けますし,逆に等速直線運動を続ける物体にはたらく力はつり合っています.

一方で,力がつり合っていない場合には,「運動方程式」を考えることによって,物体の運動を考えることができます.

「運動方程式」とは,質量mの物体に力\ve{F}を加えたときに物体が得る加速度を\ve{a}としたときに,成り立つ方程式

    \begin{align*} \ve{F}=m\ve{a} \end{align*}

のことをいいます.

「運動方程式」は力学の基本中の基本なので,必ず理解してください.

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力の基本2|力がつりあっているとどうなる?力のつりあいの例

前回の記事では,高校物理の力学で頻出の基本の6種類の力

  1. 重力
  2. 垂直抗力
  3. 摩擦力
  4. 張力
  5. 弾性力
  6. 浮力

をまとめました.

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
  • 運動方程式

を用いて求めることが多いです.

これらはいずれも力学の基本中の基本となる考え方なので,確実にフォローしてください.

今回の記事では「力のつりあい」について解説し,次の記事で「運動方程式」について解説します.

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力の基本1|力学で基本的な6種類の力の総まとめ

物理の目的には「未来の予測」があります.

たとえば,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.

この「未来の予測」を行う際,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.

力がどのようにはたらくかを考える分野を力学といいますが,特に高校物理の力学では

  1. 重力
  2. 垂直抗力
  3. 摩擦力
  4. 張力
  5. 弾性力
  6. 浮力

の6種類の力が基本的です.

この記事では,力の考え方の基本を説明して,6種類の基本の力をまとめます.

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摩擦力の基本|摩擦力の3パターンを理解する

水平な地面にボールを転がすと,ボールの動きはだんだん緩やかになり,やがては止まります.

これはボールの動きを妨げる向きに地面から「摩擦力」を受けていることが原因です.

摩擦力は物体と物体が触れていればはたらく可能性があり,物体が触れている場合にはいつでも「摩擦力」がはたらくかどうかは気にしたいところです.

「摩擦力」は

  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

のどの場合かによって,求め方が変わります.

この記事で,この3つの「摩擦力」をしっかり区別できるようになってください.

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