つり合わせとは？中学受験・高校受験の頻出ポイントをわかりやすく解説

一般小学生

まとめ

つり合わせ: 物体に働く複数の力の合力が零となり、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

物体に複数の力が働いているとき、それらの力を合わせた「合力」がゼロになる状態を「力のつり合い」と呼びます。このとき、物体は現在の運動状態を維持します。つまり、静止している物体は静止し続け、動いている物体は等速直線運動を続けます。

2つの力がつり合うためには、3つの条件を同時に満たす必要があります。第一に、2つの力の大きさが等しいこと。第二に、力の向きが互いに反対であること。そして第三に、2つの力が同一の直線上で働いていることです。これらが一つでも欠けると、物体は回転したり動き出したりしてしまいます。

コラム

つり合いの考え方は、滑車などの道具を使った計算でも重要です。例えば、重さ20gの動滑車に100gのおもりを吊るした場合、全体で120gの重さがかかります。動滑車を1つ使うと、引く力は半分の60gで済みますが、おもりを10cm持ち上げるためには、ひもを2倍の20cm引く必要があります。

また、よく混同される「作用・反作用の法則」との違いにも注意が必要です。つり合いは「1つの物体」に働く複数の力に注目しますが、作用・反作用は「2つの物体」の間で互いに及ぼし合う力の関係を指します。この視点の違いを明確にすることが物理の理解を深める鍵となります。

小学生のみなさんへ

「つり合わせ」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じょうたいのことです。たとえば、つな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、なわは動きませんよね。これが「つり合っている」ということです。

力がつり合うためには、大きさが同じで、向きが反対で、一直線上に並んでいる必要があります。このバランスがくずれると、物は動き出します。

道具を使うときもこの考え方が大切です。動く滑車かっしゃを使うと、重い物を軽い力で持ち上げることができます。たとえば、20gの滑車かっしゃに100gのおもりをつけたとき、合計120gの重さになりますが、動く滑車かっしゃなら半分の60gの力で持ち上げられます。ただし、ひもを引く距離きょりは2倍になるので注意しましょう。

ルラスタコラム

シーソーで遊ぶとき、体重が重い人と軽い人がつり合うにはどうすればいいでしょうか？実は、重い人が真ん中の近くに座り、軽い人が遠くに座ると、うまくつり合わせることができるんですよ。これは「てこの原理げんり」という科学の決まりに関係しています。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 2つの力がつり合うために必要な3つの条件をすべて答えなさい。

1.力の大きさが等しい、2.力の向きが反対である、3.2つの力が同一直線上にある、という3つの条件を同時に満たす必要があります。

【応用】「力のつり合い」と「作用・反作用」の決定的な違いは何ですか。

つり合いは「1つの物体」に働く複数の力に着目するのに対し、作用・反作用は「2つの物体」の間で互いに及ぼし合う力の関係を指すという点が異なります。

【実践】重さ20gの動滑車に100gのおもりを吊るし、ゆっくりと10cm持ち上げるとき、手がひもを引く力は何gですか。また、ひもを引く距離は何cmですか。

引く力は60g、引く距離は20cmです。動滑車自体の重さ（20g）とおもりの重さ（100g）を合計した120gの半分が引く力となり、距離は持ち上げる高さの2倍必要になります。

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