高校物理-力学-何を覚える?力学分野の力(公式無し)の力

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高校物理の力学 公式の無い力のまとめ 覚えるのは一部だけ

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[voice icon="https://deltapower.site/wp-content/uploads/2020/04/男性悩み.png" name="物理苦手君" type="l"]ヤバい!明日は力学のテストだ!って力の種類いっぱいあるんだけど、これ全部覚えるの!??[/voice]

[voice icon="https://deltapower.site/wp-content/uploads/2020/09/にっこり右側.jpg" name="デルタ先生" type="r"]覚える部分は一部だけだよ。今回は公式の無い力について解説するね。[/voice]

高校物理の力学で、覚えるべき力については、過去の記事でまとめていますので、こちらを参考にしてくださいね。

[box class="blue_box" title="参考記事"]

【何を覚える?】高校物理の力学で使う力の種類まとめ

[/box]

今回のケースのように、全部おぼえなきゃ!!って考えている人は多いのではないでしょうか?

結論的には、力のつり合い運動方程式から、力は求まります。

本記事ではこんな人におススメです。

[box class="green_box" title="本記事をおススメする人"]

  • 力学を学び始めた方で、全体像が分からない人
  • テスト前でどれを覚えるべきか焦っている人
  • 授業の予習でどんな感じかをつかみたい人

[/box]

力の求め方のパターン

公式の無い力の求め方は大きく分けて2つです。

[box class="red_box" title="Point"]

  1. 静止している場合:力のつりあい
  2. 加速度運動している場合:運動方程式

[/box]

それでは順に例をもとに解説していきます。

静止している場合

例①:張力

図のように、質量mのボールが糸で天井から吊られて静止しています。

静止しているので、 左右と上下の力は必ずつりあっています

左右の力は今回は無いので、上下の力を考えると、ボールには下向きに重力mgが発生します。

この下向きの力とつりあっている上向きの力があるのだから、静止しているわけです。

上向きの力は、今回は張力だけですので、『重力 = 張力』 という力のつりあいが成立します。

重力加速度をg、張力をTとすると、張力は下記のように求まりますね。

$$T = mg$$

例②:静止摩擦力

次は静止摩擦力です。

横から指で箱を押していますが、床の摩擦力で動かない、という状況です。

動かない、つまり静止しているので、指で与えた横向きの力と、摩擦力がつりあっています

よって、『 静止摩擦力 = 指で与えた横向きの力』という力のつりあいで求まります。

静止摩擦力をμ(『ミュー』と読みます)、横向きの力をFとすると

$$μ = F$$

例③:垂直抗力

箱が床の上に置いてある状態です。

箱には重力しか発生していません。

箱の質量をm、重力加速度をgとすると、mgという大きさの重力が箱の下向きにかかります。

箱は動いてないので、 重力につりあうような上向きの力が働いています。

それが垂直抗力ですね。

垂直抗力をNとすると、力のつり合いから下記のようになりますね。

$$N = mg$$

加速度運動している場合

例①:ボールが落下

落下している場合です。

加速度をa、質量をmとすると、働いている力Fは運動方程式から

$$F=ma$$

です。

加速度aを重力加速度gに置き換えると、重力の式になることがわかりますね。

$$F=mg$$

ちなみに、重力加速度は、『重力によって発生する加速度』なのでaをgに置き換えても大丈夫です。

例②:箱を押して加速度運動

横から指で箱を押して、加速度運動をさせています。

箱の質量がm、加速度がaのとき、運動方程式はF=maですので、

横から押している力をFとすると、Fは運動方程式そのままになりますね。

$$F=ma$$

まとめ

以上、公式の無い力について解説しました。

[box class="red_box" title="Point"]

  1. 静止している場合:力のつりあい
  2. 加速度運動している場合:運動方程式

[/box]

斜めの場合、力の分解と三角関数の知識が必要になってきますが、避けては通れませんので、しっかりと理解しましょう。

このブログを読み終えた状態というのは、『武器をもらって、取り扱い説明書を読んだ状態』です。

武器を使いこなすには、問題を解いて、しっかりと実戦で使いこなせるようにしましょう。

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