力って何?

こんにちは!今回は力のお話.

今回は物理的な「力」についてです.

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そんなん余裕ですわぁww

って人は読み飛ばしてください.まだ授業内容があやふやって人向けの内容になります.

力とは?

物理的な「力」とは,物体の形状や状態を変化させる原因になるものの事です.

何も力が加わっていなければ,物体は等速直線運動(静止状態も含む)になります.

しかし,力が加わると物体は加速したり減速したりします.さらには,へこんだり粉々になったりと変形もします.

力の3要素

力には,

  • 大きさ
  • 向き
  • 作用点(力がかかっている場所)

が大きく関わってきます.この3つのことを「力の3要素」と呼びます.が,テストにでるような用語ではないので,3要素の中身を理解していれば問題ありません.

力の表し方

 

力が加わっている点(作用点)から矢印を引いて表します.

  • 矢印の始まりが「作用点」
  • 矢印の向きが「力の向き」
  • 矢印の長さが「力の大きさ」

になっています.

 

作用線

力が働く方向(矢印)を延長した直線のことを「作用線」と言います.

さっきの図に作用線を付け足してみました↓

 

Key!

力は作用線上で自由に移動可能!(矢印の大きさと向きさえ変えなければ)

上の図では人が玉を押していますが,力の作用線に沿って左へスライドすると,玉を引っ張っているような状態にもなります.

現実世界では「押す」のと「引く」のは異なる動作ですが,物理の世界ではどっちも一緒.矢印の大きさと向き,作用線が一緒なら「同じ力が働いている」と見なすのです.

※作用線が違う時は「同じ力」にはなりません.作用線が平行であろうとそれは「違う作用線」になります.

2つの作用線が平行な場合は偶力のページをご覧ください.

力の単位

力の単位は主にニュートン[N]が使われます.大学入試レベルだったら,「力の単位はニュートンなんだなぁ」くらいの認識で大丈夫です.

ニュートン[N]の定義

1[kg]の物体に1[m/s2]の加速度を生じさせる力の大きさを1[N]としています.

後の運動方程式から考えると,質量と加速度の積が「力」であることから1ニュートン[N]が導出されているのがわかります.

力の種類

普通,力は\(F\)で表されますが,物によってはだいたい決まっているものもあります(規則じゃないので厳守する必要なし).

主な力の種類とアルファベットをまとめました.

  • 重力 \(W\)
  • 垂直抗力 \(N\)
  • 摩擦力  \(F\)
  • 張力 \(T\)
  • 弾性極(復元力) \(F\)
  • 慣性力

力学で学習するもの以外では,電磁気系で発生する力(クーロン力や磁力など)や量子力学の核力などがあります.

 

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