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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!


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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!

力の種類は3種類ある!

我々が生活している中には、大きく分けて3つの力があります!

力の種類

場から受ける力(接触せずに働く力)

接触力(接触することで働く力)

慣性力


場から受ける力(接触せずに働く力)

場から受ける力とは、空間の状態が変化して、物体に接触しなくても力を受けるちからのことです!

例えば、我々地球上で常に重力を受けながら生活しています。

これも場から受ける力ですね!

また、磁石なども近づけるだけで、力を受けるので場から受ける力になります。


接触力(接触することで働く力)

接触力は、その名の通り、物体同士が接触することで受けるちからのことです!

この接触力の例として、抗力摩擦などが挙げられます。


慣性力

慣性力とは、物体がその場にい続けようとする力のことです!

悩んでる人

イマイチわからないのですが、、、

例えば、電車が発車するときに、バランスを崩したりするよね!あれは、電車は動こうとするけど、人はその場に止まり続けようとして、電車とは逆向きの力が働くからなんだ。

塾長

つまり慣性力は、『動いていたものが、突然止まろうとするとき』あるいは、『止まっていたものが、突然動いた時』に感じる力のことです!

これら3つの力が、物理の問題にも絡んでくるので、しっかりと覚えておこう!


力の描き方のポイント!

それでは、力の描き方について紹介していきます!

力を描くときに気をつけるポイントは、以下の3つです。

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!

それでは、例題とともに見ていきましょう!

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。

※まずは、答えを見る前に自分で考えてみましょう!上の手順通りにやれば必ず解けるはずです。

それでは一緒に見ていこうか!

塾長

まずは、『着目物体の数だけ図を描く!』でしたね!

今回、着目物体は、立てかけられている質量mの板のみなので、図は1個で大丈夫です。

次に『場から受ける力を描く』ので、ここでは重力を描き込んでいきます!

これで完了です!

最後に、『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!』ということを行っていきましょう!

まずは、他物体との接触点に〇を書きます。

板は、壁と地面の2か所に接触していますね!

板は、この2か所から、地面からの垂直抗力を受けています。

その大きさを、N,N'とすると、

このように描けますね!

接触力は、着目物体が与える力ではなく、着目物体が受ける力のみを描くので、気をつけましょう!

塾長

わかりました!これで作図はおしまいですね!

まだまだ!摩擦を忘れてるよ!

塾長

悩んでる人

忘れてました!けど摩擦って向きが難しいんですよね、、

摩擦の向きで困ったら、以下のように考えるとうまくいきますよ!

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!

今回は、板にかかる摩擦を知りたいので、板にひだをつけてみます!

この後は、板が極端にずれた場合を考えます!

極端にずれた場合とは、『摩擦がなかったらどのようにずれるか』ということです!

塾長

本来、摩擦がなければ、板はズルズルすべって、右に向かって倒れますよね。

その時、板についたひだはどのように動きますか?

あ!ひだは左に向きます!

その通り!その向きが、そのまま摩擦の向きになるよ!

塾長

よって、摩擦を描き込むと、このような図が出来上がります!


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!

さらに、問題演習が、下のページになりますので、そちらも合わせてご覧ください!

今回は以上です。

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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。

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