力のつりあいと作用反作用の違い

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この章を学ぶ前に必要な知識
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要約

概要

力のつりあいと作用反作用の違いについてまとめているページです.対象は中学生の理科レベルです.力の釣り合いと作用反作用の違いがわからず同じ図に両方を書き込む間違いが多いです.しかし、何に注目するかによって書き込むべきものが異なります.
ー 条件 ー
  • 力のつりあいは、物体が静止しているときを考える
ーポイントー
  • 力の釣り合いは、ある物体に注目
  • 作用反作用は、力を及ぼし合っている二つ以上の物体に注目

解  説

力のつりあいと作用反作用の違いについてまとめます. 先に結論を書くと 「何に注目しているか」が異なります. 力の釣り合い : 「ある物体一つ」に注目 作用反作用 : 「お互いに力を及ぼしている二つ以上の物体」に注目 です. 詳しく見ていきます.
力のつりあいと作用反作用の違い

1.力の釣り合い

まず力の釣り合いについてです. 力が釣り合っているとき、物体は静止(または同じ速度で移動)しています. 力が釣り合っているというのは、いろいろな力がかかっているけど、全部の力を足し合わせるとどっち方向にも引っ張られていて動かない状態です. 例えば以下のように3つの物体と地球がある場合を考えます.
力の釣り合いについて
考える例. 物体は全て静止して地球に物体3が、物体3に物体2が、物体2に物体1が乗っている状態です.
力のつりあいについて考えるので、一つの物体だけに注目します. 「物体1にだけ注目」したとします. 物体1は物体2から押されて落ちないでいます.この力は「垂直抗力」というものです. また、物体1は地球に引っ張られる「重力」を受けています. 「物体1だけに注目する」とかかっている力はこれだけですね. つまり、物体1の力の釣り合いを書き込むなら「垂直抗力」と「重力」のみとなります. 以下のような物体1の力を書き込むことになるはずです.
物体1の力の釣り合い.
物体1、物体2、物体3に注目して それぞれの力のつりあいを書き込んでいます. さっきは物体1について開設しました. 物体2ではどのようになっているかと言えば、 「自分の重力」と「物体3からの垂直抗力」、それと「物体1の上から押される力」があります.

1.1.物体の塊に注目して力の釣り合い

先ほど、力の釣り合いは、「一つ物体に注目して」力を書き込むと言いました. しかし、複数の物体を一つにまとめて考えても同じように力のつりあいを書き込むことができます. 以下の例は、物体1と物体2がひとつの物体としたときの力の釣り合いを書き込んでいます. 力を考えるときには、「何を一つとして考えるか」も大事です. ですので、力の釣り合いを考えるときは、「何を一つとして考えるか」+「一つの物体に注目して力を考える」の二つとも大切になります.
物体のかたまりに注目して力の釣り合い
物体1と物体2を一つの塊として考えて、紫色の力の釣り合いを書き込んでいる. このとき、さっき書き込んだ、「物体2から受ける垂直抗力」や「物体1から押される力」は書き込まなくて良い.(それらが異なる物体だったときの作用反作用の力であったため.一つとして考えるときには作用反作用は含めない.力の釣り合いは、他の物体から受ける力を全て書き込むことがポイント)
注意点ですが、力の釣り合いでは、 「ある物体に注目したときに他の物体によって与えられる力」だけ書き込んでください.
力の釣り合いのポイント

2.作用反作用の法則

次に作用反作用についてです. 作用反作用は力を及ぼし合っている「二つの物体両方に注目」します. 作用反作用というのはつまり 「BがAにある力で引っ張られたら、AもBに反対の力で引っ張られる」 というものです. (常に力は「やられたらやり返されている」っていうのを説明した法則にすぎません) 上記の説明からわかるように、 「力のつりあい」では、一つの物体に他からかけられている力を全て書き込むことが大事でしたが、 「作用反作用」では、AにはBから受けた力を、BにはAから受けた力を書き込むというだけのことなのです.
作用反作用の法則
以下の図は、物体1と物体2などお互いにどういった力の作用反作用の関係があるかを書き込んだものです. 当然、物体1には地球に引っ張られる重力がありますが、逆に言えばその反対に地球が物体1に引っ張られる力も存在しています.ただしその力の大きさは地球にとっては微々たるものです.
作用反作用の図
作用反作用を書き込んだもの. 書き込む矢印は本来、反対方向に完全に同じ長さであるべきなのは注意してください.
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