力学 物理 物理基礎

力学でつまづくな!!予備校では教えてくれない力の書き方を例題とともに徹底解説!


【お得なキャンペーン中!】今なら14日間無料で見放題!

関連記事大学受験におすすめのスタディサプリコースは?【料金や評判も大公開!】

今すぐ14日間無料体験

スタサプ公式サイトにアクセス

悩んでる人

物体に力を書き込むときに、いつもミスしてしまうのですが、どうすればいいですか?

実は、そういう悩みを持っている人は、君だけではないんだ!しっかりとコツを押さえれば間違えることはなくなるよ!

塾長

力学では、それぞれの物体に働く力を書き込むことが多くありますが、これを間違えてしまうと、大問まるまる落としてしまいます。

ですが、しっかり力の書き方を押さえることで、誰でも簡単に、しかも正確に力を書き込むことができます!

そこで今回は、力学の基礎でもある力の書き方について、詳しく紹介していきます!

まだ前回の記事を見ていない人は、以下の記事をどうぞ。

関連記事力学の間違いの8割はここ!予備校では教えてくれない力の書き方を例題とともに徹底解説

力の描き方(前回の復習)

まずは、前回の復習からです!

力を描くときに気をつけるポイントは、以下の3つでしたね!

力の描き方

着目物体の数だけ図を描く!

場から受ける力(重力や静電気力)を描き込む!

他物体との接触点に印をつけ、そこを根本として、物体が受ける接触力のみを描く!

前回は、例題として、以下のような問題を解きました。

例題

質量mの板が、壁に対して斜めに立てかけられて静止している。自分で文字を決定して力を描き込みなさい。ただし、地面と物体の間には摩擦が働いているものとする。

ここでは解説しませんが、上の手順で考えていけば、解けましたね!

さらに、摩擦の向きで困ったら、以下のように考えるとうまくいくのでした。

摩擦の向きはこうする!

摩擦を知りたい面を『ひだ』で置き換えて、極端にずれた時をイメージする!

摩擦を描き込むと、このような図が出来上がりましたね!

ここまでは、大丈夫です!!

今回は、さらに問題を解いて理解を深めていくよ!

塾長


力の描き方問題

例題

質量Mの物体にひもがついており、強さTで右向きに引っ張っている。さらに、質量Mの上に、質量mの物体が乗って静止している。床面は非常になめらかで、物体間には摩擦が働いているものとする。この時、それぞれの物体にかかる力を、自分で文字を定めて図示せよ。

※いつも通り、まずは自分で考えてみましょう!自分で解くことで、『解くうえで何が足りないのか』が明確になります!

それでは見ていきましょう!

塾長


着目物体の数だけ図を描く!

今回は、2つの物体が出てきているので、少し離して図を描いていきます!

こうすることで、力を描き込んだ時に、図がごちゃごちゃするのを防ぐことができます。


場から受ける力(重力や静電気力)を描き込む!

今回、場から受ける力は重力がありますので、図に描き込んでいきましょう!


他物体との接触点に印をつけ、そこを根本として、物体が受ける接触力のみを描く!

さて、最後のステップです!

まずは、接触点に印をつけて、さらに摩擦のある面にひだを付けます!

ひだが邪魔なので、まずは摩擦の向きを決定していきます!

摩擦の向きは、物体が極端にずれた場合を考えるのでしたね!

極端にずれるとは、ひもを一気に右に引っ張った場合になりますので、ひだの向きは以下のようになります。

つまり、それぞれの物体にかかる摩擦の向きは、

となります!

次は、接触点から物体が受ける力を描いていきます!

垂直抗力をN,nと自分で定め、張力と垂直抗力を描き込むと、以下のようになります。

出来ました!これで完成ですね!!

実はまだ終わりじゃないよ!2物体以上考えた時には、必ず『作用・反作用の法則』が働くんだ!

塾長

作用・反作用の法則

作用・反作用の法則とは、自分が物体を押したら、その物体も自分のことを押し返す法則のことです!

悩んでる人

イメージがあまりつかないのですが・・

例えば、我々が床に立っているときは、我々が床を押していることになるよね!でもそれだけだと、下向きの力だけがかかるから、床を突き破ってしまうんだ。

塾長
悩んでる人

ではどうして、床を突き破らないのですか?

それは、床が押した力の分だけ、我々を押し返しているからなんだ!つまり、『我々が物体を押すことで、床も我々を押し返している』んだね!

塾長

この図を見てみると、上の物体は下の物体から『押し返されている』ことがわかります。

つまり、作用・反作用の法則から、上の物体は下の物体を『押している』ことになります!

下の物体に『上の物体から押される力』が足りないので、その力をで描き込むと、

のように描くことができます!

作用・反作用の法則を忘れる人が多いから、気を付けよう!

塾長

ポイント

2物体以上の力の作図では、作用・反作用の法則を忘れない!


まとめ

今回は、力学の間違いが多い、力の作図について紹介してきました!

大事な点をまとめると、以下のようになります。

力の描き方

着目物体の数だけ図を描く!

場から受ける力(重力や静電気力)を描き込む!

他物体との接触点に印をつけ、そこを根本として、物体が受ける接触力のみを描く!

本当に大切な内容ですので、しっかりと書けるようにしておきましょう!

また、作用反作用の法則を忘れてしまう人が、ほんとに多いので、気をつけましょうね。

今回は以上です。

関連記事ばねの弾性力の大きさと向きは?ばね合成の例題とともにわかりやすく説明

  • この記事を書いた人
  • 最新記事

しばけん

現役時代センター試験60点台。浪人中予備校に通い神授業に出会う。旧帝大模試で物理偏差値65を叩き出し、その経験を活かして現在は塾で中学生や高校生に数学や物理を指導中。

-力学, 物理, 物理基礎