§9 力の表し方

今回は力についてです。

力は物理の基本になるのでしっかり押さえておきましょう。

まず、図のように物体に糸をつけて引っ張ることを考えてみてください。

すると物体は引っ張った方向に動きますね。
これは、物体に力がはたらいているからです。
このとき、強く引っ張れば物体は早く動きますし、弱く引っ張ればあまり動かないと想像できますか？

このことから、力には大きさがあるということがいえますね！
また、糸を引っ張った向きに力が生じるので、力はベクトルということがいえます！

したがって、力は矢印で表すことができますが、
この矢印の向きが力の向き、
矢印の大きさが力の大きさ、
矢印の始まる点が力のはたらく点（作用点）
を表します。

この三つの要素のことを力の三要素といいます。


では、どのような力があるのかいろいろな力を見ていきましょう。

机の上の物体を糸で引っ張ったときにはどのような力がはたらくでしょうか。

まず、地球上にある物体には必ず重力がはたらきます。
重力の大きさは（質量 [kg]）×（重力加速度）で表されます。

机の上にあるので、机から押し上げられる力がはたらいています。
このような力を垂直抗力といいます。

糸で引っ張っているので糸からの力がありますね。
糸からはたらく力を張力といいます。

また、糸で引っ張ると机からの摩擦が生じます。
これを摩擦力といいます。
物体が静止しているときの摩擦力を静止摩擦力、
動いているときにはたらく摩擦力を動摩擦力といいます。


ばねが取り付けられているときにも力がはたらきますね？
ばねからはたらく力を弾性力といいます。

弾性力はばねの伸びた長さ、縮んだ長さに比例して大きくなります。
伸び、縮みにばね定数という定数をかけると弾性力の大きさになります。


最後に力のつりあいについて説明します。
中学生の時に習っているはずですので、思い出しながら読んでください。

物体に力がはたらいているにもかかわらず静止ているとき、
その物体にはたらいている力はつりあっているといいます。

図の左側の物体を見てください。
この場合、物体には下向きの重力と上向きの張力がはたらいています。
しかし物体は静止しているので、物体にはたらく力はつりあっていることになります。

力がつりあっているとき、そのすべての力を合成したものは0になります。
つまりこの場合では（張力）＝（重力）ということになります。


では、図の右側のような場合はどうなるでしょうか。
２つの張力が斜めにはたらいていますから、
水平方向と鉛直方向に分解してみましょう。
この物体は横にも縦にも動いていないですから、
（右の力）＝（左の力）、（上の力）＝（下の力）という関係が成り立ちますね。