力のつり合い
カワウソ先生つり合っているときは、2つの力の「大きさ」「向き」「一直線上」の3つを順にチェックするとわかりやすいよ。
30秒でつかむ
- 1つの物体にはたらく2つの力が、大きさが等しく、向きが反対で、同一直線上にはたらくとき、この2力はつり合っている。
- 2力がつり合っているとき、物体は静止したまま、力を受けていないときと同じ状態を保つ。
- 机の上に置いた物体には、下向きの重力と、机が物体を押し上げる上向きの垂直抗力がはたらき、この2力がつり合っている。
詳しく
公式
1つの物体に2つの力がはたらいていて、物体が静止したままのとき、その2力はつり合っているという。2力がつり合う条件は、①大きさが等しい、②向きが反対、③同一直線上にはたらく、の3つ。
この3つの条件がすべて成り立つとき、2力は打ち消し合い、物体には力がはたらいていないときと同じ運動(静止または等速直線運動(新しいタブで開きます))が続く。
身近な例は、机の上に置いた物体にはたらく力。物体には下向きの重力がはたらくが、机の面が物体を押し上げる上向きの力(垂直抗力)がはたらき、この2力がつり合っているので物体は静止したままになる。
例題
例題1:机の上に置いた質量400gの物体にはたらく重力の大きさは何Nか。400÷100=4N。
例題2:この物体は静止しているので、重力と垂直抗力はつり合っている。垂直抗力の大きさは何Nか。つり合う2力は大きさが等しいので、重力と同じ4N。
例題3:垂直抗力の向きはどちらか。2力がつり合う条件は向きが反対なので、重力(下向き)と反対の上向き。
なぜそうなるか
物体が静止しているのは、力がはたらいていないからではない。机の上の物体には重力がはたらいているが、机がその物体を押し上げる力(垂直抗力)も同時にはたらいていて、2力が打ち消し合っているために静止している。
もし垂直抗力が重力より小さければ、物体は机に沈み込む方向に動いてしまう。実際にはそうならないのは、机が物体を押し返す力の大きさが、ちょうど重力と等しくなるように決まるため。
2力がつり合っているかどうかを確かめるには、大きさ・向き・一直線上の3つを順番にチェックするとよい。1つでも条件がそろわなければ、2力はつり合わず、物体の運動の様子が変わる。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/force-balance/?from=print#quiz
机の上に置いた質量400gの物体にはたらく重力の大きさはどれか。
- ◯ 0.4N
- ◯ 4N
- ◯ 40N
- ◯ 400N
正解:4N
400÷100=4N。机の上に静止している質量400gの物体には、重力4Nと垂直抗力がはたらいてつり合っている。垂直抗力の大きさはどれか。
- ◯ 0N
- ◯ 2N
- ◯ 4N
- ◯ 8N
正解:4N
つり合う2力は大きさが等しいので、重力と同じ4N。机の上に静止している物体にはたらく重力(下向き)とつり合う垂直抗力の向きはどれか。
- ◯ 上向き
- ◯ 下向き
- ◯ 横向き
- ◯ 斜め向き
正解:上向き
2力がつり合う条件は向きが反対なので、重力(下向き)と反対の上向き。1つの物体にはたらく2力がつり合う条件として誤っているものはどれか。
- ◯ 2力の大きさが等しい
- ◯ 2力の向きが反対である
- ◯ 2力が同一直線上にはたらく
- ◯ 2力の大きさが異なっている
正解:2力の大きさが異なっている
つり合う条件は、大きさが等しい・向きが反対・同一直線上にはたらくの3つ。大きさが異なると条件を満たさない。
単元のポイント
- 力のつり合いの条件 大きさが等しい・向きが反対・同一直線上
- 垂直抗力 面が物体を垂直に押す力
- 静止 2力がつり合っていると物体は動かない
- 例 机の上の物体=重力と垂直抗力がつり合う