学習目安 | 小: S | 中: S | 高: S

つり合い

一般小学生

まとめ

つり合い
物体に複数の力が働いているとき、それらの力が互いに打ち消し合って、物体が静止したり等速直線運動を続けたりする状態

解説

物体が静止し続けるためには、平行移動を引き起こす「力のつり合い」と、回転を引き起こす「モーメントのつり合い」の両方が成立している必要があります。てこの原理において、棒が水平に静止する条件は、支点を中心とした左側のモーメント(重さ×距離)の合計と、右側のモーメントの合計が等しくなることです。

実戦的な計算では、棒自体の重さを考慮することが不可欠です。太さが一様な棒であれば、その幾何学的な中心を「重心」とし、棒の全重量がその一点に集中して作用しているとみなしてモーメントを算出します。また、複数の支点やばねばかりで支える場合、上向きに支える力の合計は、吊り下げたおもりの重さと棒自体の重さの合計に必ず一致します。この「上下の力のつり合い」は、未知の荷重や支点にかかる力を導き出す際の重要な手がかりとなります。

コラム

つり合いの概念は、回転運動を応用した「輪軸」や、流体中の「浮力」にも共通して適用されます。輪軸では、半径の異なる輪を同軸に固定し、それぞれの半径をてこの腕の長さとみなすことで、小さな力で大きな重量を支えることができます。また、水中にある物体が静止している場合、それは物体の重さと、水圧の差によって生じる上向きの「浮力」がつり合っている状態を指します。これらはすべて、物理学における「力の均衡」という単一の原理に基づいています。さらに、断面積の異なるピストンを用いた力の伝達(パスカルの原理)においても、面積比に応じた力が加わることで全体が均衡を保つ仕組みが利用されています。

小学生のみなさんへ

「つり合い」とは、いくつかの力がぶつかり合って、ちょうど打ち消し合っている状態のことです。たとえば、シーソーで同じ体重の友達と乗って、地面と水平に止まっているとき、力はつり合っています。

2つの力がつり合うためには、3つの約束があります。1つめは、力の大きさが同じであること。2つめは、向きが正反対であること。3つめは、一直線上に並んでいることです。このどれか1つでも欠けると、物は動き出してしまいます。

てこや滑車(かっしゃ)を使うときも、このつり合いの考え方がとても大切です。重い物を小さな力で持ち上げることができるのは、道具を使って力のつり合いをうまく利用しているからなのです。理科の計算では、棒の重さや、おもりを吊るす場所からのきょりを考えて、左右のバランスを計算します。

ルラスタコラム

水の中に入ると体がふわふわ浮くのは、水が下から押し上げてくれる「浮力ふりょく」という力が働いているからです。これも、自分の重さと水が押し上げる力がつり合おうとしている証拠なんですよ。

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