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

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！？？

苦手君

デルタ先生

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。

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。

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、力のつり合いと運動方程式から、力は求まります。

本記事ではこんな人におススメです。

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。

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。

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。