つり合って

一般小学生

まとめ

つり合って
物体に働く複数の力の合力が0になり、物体が静止または等速直線運動を維持している状態

解説

物理学において「力がつり合っている」とは、ある物体に作用するすべての力を合成した結果(合力)が0ベクトルになることを指します。このとき、ニュートンの運動方程式(F=ma)に従えば加速度aが0となるため、物体は静止し続けるか、あるいは等速直線運動を継続します。

特に「二力のつり合い」が成立するためには、2つの力が「大きさが等しい」「向きが反対である」「同一作用線上にある」という3つの条件をすべて満たす必要があります。これに対し、3つ以上の力が働く場合は、それらをベクトルとして足し合わせたときに閉じた多角形(力の多角形)を形成することが条件となります。

項目 力のつり合い 作用・反作用
対象となる物体 1つの物体 2つの物体(互いに及ぼし合う)
力の関係 合力が0になる 大きさが等しく向きが反対
結果 物体が静止または等速運動 一対の力として常に存在
コラム

安定したつり合いの例として「やじろべえ」が挙げられます。やじろべえは、左右に伸びた腕の先に重りがあることで、全体の重心支点(指先など)よりも低い位置にくるように設計されています。この状態で本体を左に傾けると、重心には下向きの重力が働き、支点を中心として右向き(元の位置に戻そうとする向き)の回転力が生じます。

もし重心が支点よりも高い位置にあると、少し傾いただけでさらに倒れようとする回転力が働いてしまい、つり合いを維持できず不安定になります。このように、重心の位置と支点の関係は、物体の安定性を決める重要な要素です。

小学生のみなさんへ

「つり合っている」というのは、いくつかの力がぶつかり合って、結果として動かなくなっている状態のことです。たとえば、机の上に置いてある消しゴムは、地球が下に引っぱる力(重力)と、机が上に押し返す力が同じ大きさで反対向きに働いているので、動かずに止まっています。

つり合いを考えるときにおもしろいのが「やじろべえ」です。やじろべえは、わざと左右に長い腕をつけて、全体の重心じゅうしんを支えている場所よりも低いところにくるように作られています。そのため、少しななめになっても、自然と元のまっすぐな形に戻ろうとする力が働きます。

もし、この重心じゅうしんが支えている場所よりも高いところにあると、やじろべえはすぐにひっくり返ってしまいます。バランスをとるためには、重さの中心がどこにあるかがとても大切なのです。

ルラスタコラム

綱引きで、両方のチームが同じ力で引っぱり合っているとき、綱は真ん中で止まったままになります。これも「力がつり合っている」状態です。どちらかの力が少しでも強くなると、つり合いがくずれて動き出します。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 1つの物体に2つの力が働いて、物体が動かないとき、その2つの力の大きさはどうなっていますか。
2つの力の大きさは等しくなっています。
【応用】 「力のつり合い」と「作用・反作用」の最も大きな違いは何ですか。
力が働いている対象となる物体の数です。力のつり合いは「1つの物体」に働く複数の力の関係を指しますが、作用・反作用は「2つの物体」の間で互いに及ぼし合う一対の力の関係を指します。
【実践】 やじろべえを傾けたとき、元の位置に戻ろうとする力が働くのは、重心が支点に対してどのような位置にあるときですか。
重心が支点よりも低い位置にあるときです。重心が支点より下にあることで、物体が傾いた際に元の安定した位置に戻そうとする回転の力(復元力)が生まれます。

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