高校物理の力学 公式の無い力のまとめ

高校物理-力学-何を覚える?力学分野の力(公式無し)の力 学問・技術
物理苦手君
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!??
はなたか
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。

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

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。

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

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。

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

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。