物理の勉強③　力

今回は「物理の勉強③　力」です。

前回の「物体の運動」に続いて、「力」です。力学の基本中の基本です。

物理基礎の範囲ですが、ここが分かっていないと、力学はできるようにはなりません。さらに、中学校の理科の範囲も大いに含みます。

中１で力を習い、中３で力の合成・分解、つり合いと作用・反作用と習います。何となく理解ではなく、深く理解してください。

どの教科も、どの単元も、「基礎を深く理解」が重要です。

直接物体に触れて押すor引っ張ると、力がはたらいていると実感できます。近接力といいます。

接触している面に力がかかります。

ですから、矢印で図示するときは、接触している点か、接触している面の中心を作用点として書きます。

そして、力は、物体を変形させる。また、物体の速度を変化させます。速度とは、速さと向きを表しているので、速さを変えると、運動の向きを変えるがあります。

※ 中学理科では、物体を支えるもあります。

さて、接している以外にも、力は離れていてもはたらきます。

静電気力や磁気力は、まあ何となく想像がつきます。例えば、＋と－、ＮとＳが引き合います。ただし、それらの正体は何？とはなりますが。

重力はどうでしょうか。地球が物体を引っ張る(落とす)？何がはたらいている？

後の単元に出てきますが、ニュートンが発見されたとされる「万有引力」があります。リンゴが落ちたのを見て、というやつです。実際には違うらしいですが。

地球がリンゴを引っ張っているのと同様に、実はリンゴも地球を引っ張っています。もっとも、地球は重いので、びくともしませんが。

ものすごく重い物体は、空間をねじ曲げます。そのねじ曲げた空間に、他の物体が引きずりこまれる。それが万有引力だそうです。

その空間を平面に直したのが、下のイメージ図です。

重い地球が存在して、真ん中がへこんでいます。そこに他の物体が、転がり落ちる感じです。

補足:厳密に言うと、重力とは、引力と遠心力の合力です。

中学１年で、力を矢印で表すのですが、うまく作図できないケースが多いです。三つの要素をきちんと理解しましょう。

そして、合成・分解は平行四辺形を利用します。

さらに、水平方向と鉛直方向への分解。同様に、斜面に平行な方向と垂直な方向への分解。長方形ですが、平行四辺形の一つです。

この２方向への分解は、問題ではかなりよく使います。２方向に分けて考えます。そして、cosθ と sinθ の利用。これを速やかに表せるようにするべきです。

この２つが、よく混同します。習うのは、中３です。

力のつり合いは、登場人物が３人。１人を２人が引っ張り合います。そして、つり合っていると動きません。

そして、作用と反作用の登場人物は２人。１人がもう１人を押すと、同じ力で押し返されます。

例えば、先ほどのリンゴと地球。登場人物が２人で、作用と反作用です。

この２つの、３つの条件が同じだと理解しましょう。

今回は、中学で習う内容を多く含んでいます。高校物理では簡単すぎる？いやいや、ここまでをきちんと解説できますか？基礎の奥は、果てしなく深いです。