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てこ

てこ

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

てこ
支点を中心に回転する棒を利用し、小さな力で大きな荷重を動かしたり、力の向き移動距離を変換したりする仕組み

解説

てこの原理は、物体を回転させる力の能率である「モーメント」によって説明されます。棒が水平につり合うためには、支点を中心とした時計回りのモーメントと反時計回りのモーメントが等しくなる必要があります。計算においては、棒自体の重さを考慮する場合があり、太さが一様な棒であればその中心(重心)に、一様でない場合は指定された位置に全重量がかかっているものとして計算に含めます。

てこはその構造によって以下の3つの型に分類されます。中心にくる要素に注目することで、身の回りの道具の仕組みを判別できます。

分類 中心にある点 具体例 主な特徴
第1種てこ 支点 はさみ釘抜き 力の向きが逆になり、大きな力を出せる
第2種てこ 作用点 せんぬき、手押し車 常に小さな力で重いものを動かせる
第3種てこ 力点 ピンセット、魚つりざお 力は必要だが、細かな動きや距離を稼げる

また、てこの応用として「輪軸(りんじく)」があります。これは半径の異なる円筒を組み合わせたもので、半径の比を利用して小さな回転力で大きな力を生み出します。例えば、半径6cmの軸に重りを吊るし、半径3cmの軸を引く場合、半径の比(2:1)に応じて必要な力が変化します。

コラム

実社会では、エレベーターの「つり合いおもり」にてこの考え方が応用されています。かごの重量とあらかじめバランスをとっておくことで、モーターにかかる負荷を最小限に抑え、エネルギー効率を高めています。

また、最新のステープラーホッチキス)には「倍力機構」が備わっており、内部でてこを多段階に組み合わせることで、通常の数分の1の力で厚い書類を綴じることが可能です。滑車定滑車動滑車)もてこの変形版であり、これらを組み合わせることで巨大な重量物を持ち上げるクレーンなどの機械が構成されています。

小学生のみなさんへ

「てこ」とは、ぼうを使って重いものを楽に持ち上げたり、動かしたりする仕組みのことです。てこには、ぼうを支える「支点してん」、力を入れる「力点りきてん」、力がはたらく「作用さようてん」という3つの大切なポイントがあります。

はさみやせんぬき、ピンセットなど、私たちのまわりにある道具の多くにてこの原理が使われています。支点から力点までのきょりを長くすると、より小さな力で重いものを動かすことができますが、その分、手を動かすきょりは長くなります。これを「仕事の原理」と呼びます。

理科のテストでは、ぼうがつり合うための計算問題が出ることがあります。「重さ×支点からのきょり」が左右で同じになるとき、ぼうは水平に止まります。ぼう自体に重さがあるときは、ぼうの真ん中に重さがかかっていると考えて計算するのがコツです。

ルラスタコラム

エレベーターには、人が乗る箱と同じくらいの重さの「おもり」が反対側についています。これがあるおかげで、てこのようにつり合いがとれ、小さなモーターの力だけで重い箱を動かすことができるんですよ。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 てこを構成する3つの要素(点)をすべて答えなさい。
支点(してん)、力点(りきてん)、作用点(さようてん)の3つです。
【応用】 せんぬきや手押し車のように、作用点が中心にある「第2種てこ」を使うと、なぜ小さな力で重いものを動かせるのですか。
力点から支点までの距離を、作用点から支点までの距離よりも長くすることで、小さな力で大きな荷重を動かすことができるためです。
【実践】 太さが一様で重さがある棒を使ってつり合いを考える際、棒自体の重さはどこにかかっているものとして計算すべきですか。
棒の重心(太さが一様であれば棒の中央)に棒の全重量がかかっていると仮定し、他のおもりと同様にモーメントの計算に含める必要があります。

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