回転

回転

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

  • 支点などの特定の点を中心にして、物体が円を描くように向きを変える動きのこと。
  • 棒のつり合いにおいては、重さ支点からの距離を掛け合わせた「回転させる力(モーメント)」の均衡を指す。
  • 物体の重心が支点の真上から外れることで発生し、物体の安定性や復元力に深く関わっている。

解説

物体が水平に保たれるためには、ある点を中心として時計回りに回そうとする力と、反時計回りに回そうとする力が等しくなければなりません。この「回転させようとするはたらき」は、力の大きさと支点からの距離の積で決まります。

太さが一様な棒の場合、その重心は中心にあります。棒のつり合いを計算する際は、棒全体の重さがすべて重心一点にかかっていると見なします。例えば、長さ100cm、重さ40gの一様な棒(重心は50cm地点)を、左端から20cmの地点で支えるとします。このとき、左端に60gのおもりを吊るすと、左側の回転させる力は「60g × 20cm = 1200」となります。一方、右側には棒自身の重さがかかっており、支点から重心までの距離は「50cm – 20cm = 30cm」です。右側の回転させる力は「40g × 30cm = 1200」となり、左右が等しいため棒は水平に保たれます。

コラム

物体の安定性は、重心の高さと底面積の広さに依存します。重心が低いほど、また底面積が広いほど、物体は回転して倒れにくくなります。やじろべえのように、重心を支点よりも低い位置に置く構造では、物体が傾いた際に元の位置に戻そうとする回転の力(復元力)が生まれます。逆に、直方体などを傾けた際、重心を通る垂直線が底面の端(支点)よりも外側に出ると、物体はそのまま回転して倒れてしまいます。

小学生のみなさんへ

「かいてん」とは、ある点を中心にして、物がまわろうとする動きのことです。理科の「てんびん」や「ぼうのつり合い」の勉強でよく出てきます。

ぼうが水平につり合っているとき、右にまわそうとする力と、左にまわ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「支点してん(ささえている場所)からのきょり」をかけ算して計算します。また、ぼう自体にも重さがあるときは、ぼうの真ん中(重心じゅうしん)にすべての重さがかかっていると考えて計算するのがコツです。

やじろべえがたおれないのは、この回転の力をうまく使っているからです。ささえている場所よりも低い位置に重りがあることで、かたむいても元の場所にもどろうとする回転の力がはたらくのです。

ルラスタコラム

クレーン車が重い荷物を持ち上げてもひっくり返らないのは、車体の下に重いおもりを積んで「重心」を低くし、さらに地面につく足の幅を広くして、たおれようとする回転の力にたえているからなんだよ。

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