上向きの力

一般小学生

まとめ

【定義】
物体を支えたり、上方に移動させようとしたりする力の総和。静止状態でつり合っているとき、その物体に働く上向きの力の合計は、重力などの下向きの力の合計と等しくなる。

まとめ

てこのつり合い条件には、回転させる力(モーメント)のバランスと、上下方向の力のバランス(力のつり合い)の2つの側面がある。支点が物体を支える上向きの力と、吊り下げたおもりなどの下向きの力の合計が一致することで、物体は鉛直方向に静止する。

解説

支点が端にあるてこのつり合いにおいて、支点からの距離と重さの積である「モーメント」が左右で等しくなるとき、てこは水平に保たれる。例えば、左端に支点がある棒の20cmの位置に50gのおもりを吊るし、100cmの位置をばねばかりで支える場合、モーメントの計算(50×20=1000、10×100=1000)により、ばねばかりは10gを示す。このとき、系全体に働く下向きの力はおもりの50gである。これに対し、上向きの力はばねばかりが引く10gと、支点そのものが押し上げる40gの合計となり、下向きの力と一致する。このように、回転だけでなく上下の力のバランスが保たれることが重要である。また、物体の重みが一点に集まっているとみなせる点を「重心」と呼び、重心を適切に支えることで物体は安定する。この原理は、インテリアのモビールなどにも広く応用されている。

小学生のみなさんへ

物を持ち上げたり、ささえて動かないようにしたりするときに働くのが「上向きの力」だよ。てこが水平に止まっているときは、下向きにおす力と、上向きに押し返す力がちょうど同じ大きさになっているんだ。例えば、棒のはしっこをささえておもりを吊るしたとき、棒が下に落ちないのは、ささえている場所が上向きに力を出しているからだよ。飾りがふわふわ動く「モビール」も、この力のバランスをうまく使って作られているんだ。物の重さが一点に集まる「重心」をささえるのが、バランスをとるコツだよ。

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