上向きの力

一般小学生

まとめ

解説

てこのつり合いを考える際、多くの場合は「支点からの距離×重さ」で表されるモーメント回転させる力)に注目しますが、それと同時に「上下方向の力のバランス」も成立しています。物体が上下に動かず静止しているということは、下向きに働く力(おもりの重さや棒自体の重さ)と、それを支える上向きの力が完全に打ち消し合っている状態を指します。

例えば、棒の左端を支点とし、右端をばねばかりで支えるケースを考えます。おもりの重さと棒の重さの合計が100gであり、ばねばかりが30gを示して引き上げている場合、残りの70g分は支点が上向きに押し上げる力として働いています。このように、支点には回転の軸としての役割だけでなく、荷重を支える「上向きの力」としての役割があることを理解するのが重要です。

コラム

棒に太さがある場合、その重さは「重心」という一点に集中して働くとみなします。一様な太さの棒であれば中心が重心となりますが、太さが不均一な棒の場合は、逆比を用いた計算などで重心の位置を特定する必要があります。重心の位置が支点に近いほど、その支点にかかる上向きの力は大きくなり、逆に遠ざかるほど力は小さくなります。この原理は、複数のパーツが絶妙なバランスで浮いている「モビール」などの構造にも応用されています。

小学生のみなさんへ

てこを水平にピタッと止めるためには、2つのルールがあります。1つは、左右で「回そうとする力」を同じにすること。そしてもう1つが、下向きの力と「上向きの力」を同じにすることです。

下向きの力とは、おもりの重さや棒自身の重さのことです。これを支えるために、ばねばかりで引っ張ったり、支点(してん)が棒を押し上げたりする力が「上向きの力」になります。例えば、全部で100gの重さがある棒を、ばねばかりで30gの力で引っぱって支えているとき、残りの70gは支点ががんばって支えています。

このように、上向きの力の合計ごうけいと、下向きの力の合計ごうけいがぴったり同じになるとき、てこは上下に動かずに安定します。テストでは、ばねばかりの目盛りから棒の重さを計算けいさんする問題も出るので、この「上と下のバランス」を忘れないようにしましょう。

ルラスタコラム

天井からつるしてひらひら動く「モビール」を見たことがありますか?あれは、いくつもの棒とおもりが、この「上向きの力」と「下向きの力」を完ぺきにバランスさせて作られているんですよ。重心(じゅうしん)を見つけるのが、きれいに作るコツです!

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