ベクトルの書き込み方を知る! 〜作用反作用の法則〜

気に入ったら Let's Share!

 




 

10_問題 図のような、重さがそれぞれWA、WB の物体A、Bが水平面上に置かれている。

(1)それぞれに働く力を図示せよ。ただし垂直抗力はNを用いて表せ。

(2)(1)で図示した力を用いて関係式を求めよ。

 

本日の問題は、「 作用 •反作用の法則」についての問題です。

この問題は、力のつりあいの問題で、最も簡単なものです。

なので、基本的な考え方を知るのにもってこいです。

つりあいの問題は、考え方が間違っていると大変なことになるので、「こんなのできるよ〜」と言わずに見てってください。損はさせません!

あと、物理専門用語についても注意が必要です。

 

 

ポイント

力の書き込みのコツ

 

ポイントは、物体1つ1つを分けて見ることです。

全体を通して見てしまうことが間違いの元です。

力の書き込みは、簡単な手順があるので最後までどうぞ!

 

また、どんな力学の問題においても、

まず!図に力のベクトルを書き込む((1)のように)

その後、図から連立方程式を作る((2)のように)

そして、それを解いて回答する

この3手順で万事解決です(^^)/

なので、この問題では上から2つ目までをリハーサルすることができます。

 

物理独特の言い回し

今回の問題では、何気に「重さ」、「水平面上」、「垂直」という言葉が出てきています。

「この用語たちの、高校物理的な意味がわかるよ~!」

と言う方はすっ飛ばしてOKです。

 

「重さと質量って一緒じゃないの?」

と言う方は、以下の(ページ上部にもあります)高校物理専門用語集を使うと良いかも?

文系にこそ読んでほしい高校物理のコツ
このサイトでは実際の問題を解きながら物理を学ぶことのできるサイトです。しかも、なかなか珍しい、図説・図解付きです! 物理の公式を解説しているサイトはあれど、「じゃあ、それをどう問題に当てはめていくのか?」を説明してくれているサイトは少ないです。特...

 

 

(1)それぞれに働く力を図示せよ。垂直抗力はNを用いて表せ。

解説図

 

今回の問題では、図そのものが解答になってしまうので、解答をどうぞ!

実際には地面にかかる力を書く必要はないです。

力のベクトルの書き方についても意外に重要なので、怪しい人は用語集をチェック!

10_解答図ver2

 

書き込むコツは3つあります。

3つやれば、力の書き込みは勝手に終わってます

以下の3つのポイントを実践すれば絶対にどんな問いでもできますので手順を覚えてってください!!

 

解き方のコツ

 

まず手順1として、物体についての重力を書き込んでいきます。

今回は物体が2つなので、それぞれに1つずつ計2本の重力を書き込みます。

同時に大きさ「WA」「WB」を書き込んでおきましょう。

結果は次のようになります。

10_解答図1

 

次に手順2として、物体同士が触れていることによって働く力を書き込みます。

物体と物体が触れ合っている時点で絶対に力が働きます!

今回で言えば、物体Aが物体Bに乗っかることによって発生する「物体Bに与える物体Aの重さ」と、物体Bが地面に乗っかることによって発生する「地面に与える物体Bの重さ」です。

 

ポイントは作用点を間違えないことです。

いくら力が重力だとは言え、その下の物体に力がかかっているのですから、作用点はその下の物体につけましょう。

地面にかかる力は実際にはどうでも良いですが、手順3に影響しますので書いておきましょう

 

結果は次のようになります。

10_解答図2

 

最後に手順3として、この単元のポイントである「作用•反作用の法則」について考えます。

作用•反作用の法則とは、「ある物体Xが物体Yに力を及ぼすとき、同時に物体Yも物体Xに同じ大きさの力を及ぼす」という法則です。

つまり、自分が何かを押すとき、自分もその物体から押されているということです。

これを踏まえると、手順2で書いた力と逆向きの力をそれぞれ書かなければいけません。

 

ここでも、作用点に注意してください。

手順2で書いたベクトルとは逆の物体に、作用点をつける必要があります。

3つの手順を終えた答えが、最初にも表示した解答になります。

10_解答図ver2

 




 

 

(2)(1)で図示した力を用いて関係式を求めよ。

関係式を求める問題のコツは、各物体ごと1つずつに目をつけることです。

色々な物体に目移りしたり、図を全体で見てはいけません。

「1歩1歩」が物理の基本です。

 

またこのような運動してない問題でも、「運動の法則」を使います。

運動の法則とは、「力が加わっている限りその物体は加速し続ける」というものでしたね(-_-)

逆にいうと、「力が加わっているのに動いてない物体は、加わっている力同士が釣り合っていないとおかしい」ということですね。そうじゃないと、ずっと物体は加速しているはずです。

 

解き方のコツ

まずは、物体Aについて考えます。

厳密に言えば、物体Aに作用点がある力だけ考えます。

10_物体A

 

物体Aは動いていないので、上向きの力と下向きの力は釣り合っています。

ということは、「NA = WA」という式が成立します。

 

次に物体Bについて考えます。

10_物体B

物体Bは動いていないので、上向きの力と下向きの力は釣り合っています。

ということは、「NAB = N+ WB」という式が成立します。

 

さてこれで式が出揃いましたね〜

「NA = WA

「NAB = N+ WB」

これが解になります。

 

おまけ:連立方程式を解く

では、垂直抗力の大きさをおまけとして求めてみましょう。

 NAは NA = WA

NABは NAB = NA + WB = WA + WB

よって、NAB = WA + WB

 




 

 

気に入ったら Let's Share!