まとめ
- 物体をある点を中心に回転させようとする働きの大きさを表す物理量である。
- 「力の大きさ」と「支点から力の作用線までの距離(腕の長さ)」の積によって算出される。
- 水平なつり合いにおいては、左まわりのモーメントの合計と右まわりのモーメントの合計が一致する。
解説
モーメント(力のモーメント)は、てこの原理を理解する上で最も重要な概念です。物体が回転せずに静止している(つり合っている)状態では、特定の点を基準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っています。
演習問題では、棒の重さを無視できるケースだけでなく、棒自体の重さを考慮するケースが頻出します。太さが一様な棒の場合、その重さは棒の幾何学的な中心である「重心」に集中して作用するものとして扱います。例えば、長さ1mで重さ40gの棒であれば、端から50cmの地点に40gの荷重がかかっていると仮定して計算を組み立てます。
未知の重さや距離を求める際は、まず支点を設定し、各点にかかる力と距離を掛け合わせた方程式を作成します。このとき、作用線が棒に対して垂直でない場合は、支点から作用線に下ろした垂線の長さを「距離」として用いる点に注意が必要です。
「モーメント」とは、ものをある点を中心に「回そうとする力」の大きさのことです。てんびんやシーソーをイメージするとわかりやすいでしょう。
てこが水平につり合うとき、左側に回そうとする力と、右側に回そうとする力が同じ大きさになっています。この力は、「おもりの重さ」と「支点(中心となる点)からのきょり」をかけ算することで計算できます。
テストでは、ぼうの重さを考えない場合と、ぼう自身の重さを考える場合の2つのパターンが出てきます。太さが同じぼうであれば、ぼうの重さはちょうど真ん中の点(重心)にかかっていると考えて計算するのがコツです。
また、上向きに引っぱる力(ばねばかりなど)は、ぶらさがっているすべてのおもりとぼうの重さを合計したものと同じになります。このルールをおぼえておくと、むずかしい問題もとけるようになりますよ。
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