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外力

一般小学生

まとめ

外力
物体の外部から作用し、その運動状態や形状を変化させる原因となる力

解説

外力とは、注目している物体や系の外部から働く力のことです。ニュートンの運動の第1法則(慣性の法則)によれば、物体に外力が働かない、あるいは働いている外力の合力が0である場合、静止している物体は静止し続け、運動している物体は等速直線運動を継続します。つまり、物体の速度を変化させる(加速度を生じさせる)ためには、必ず外力が必要となります。

物理学において、系全体の運動を考える際、外力と内力の区別は非常に重要です。以下の表にその違いをまとめます。

項目 外力 内力
定義 系の外部から作用する力 系を構成する物体間で及ぼし合う力
運動への影響 系全体の重心の運動を変化させる 系全体の重心の運動には影響しない
コラム

外力には、直接触れて働く「接触力」(摩擦力や空気抵抗など)と、離れていても働く「非接触力」(重力磁力など)があります。例えば、坂道を転がり落ちるボールにとって、重力や地面からの摩擦力は外力となります。

また、複数の外力が働いていても、それらが互いに打ち消し合って合力が0の状態(力のつり合い状態)であれば、物体は外力を受けていない時と同じ挙動を示します。これを理解することは、力学の基礎を固める上で欠かせません。

小学生のみなさんへ

外力(がいりょく)とは、物の外側から加わる「力」のことです。例えば、止まっているボールをキックして動かしたり、走っている自転車にブレーキをかけて止めたりするとき、そのきっかけになる力が外力です。

物は、外から力が加わらない限り、今の状態じょうたいを続けようとする性質を持っています。止まっているものは止まったまま、動いているものはそのままのスピードで進み続けようとします。この性質を「慣性かんせい」と呼びますが、この慣性かんせいを破って動きを変えるのが外力の役目なのです。

ルラスタコラム

だるま落とし」で、たたいたこまだけが飛んでいくのは、たたいたこまにだけ強い外力が加わるからです。上のこまには横向きの外力が直接かからないため、その場にとどまろうとして、そのまま下に落ちるんですよ。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 物体に外力が働かないとき、運動している物体はどうなりますか。
等速直線運動を続けます。
【応用】 「だるま落とし」で叩かれた駒だけが弾き飛ばされる理由を、外力の観点から説明しなさい。
叩かれた駒には直接外力が加わって運動状態が変化しますが、上の駒には水平方向の外力が働かないため、慣性によってその場に留まろうとするからです。
【実践】 物体に複数の外力が働いているにもかかわらず、物体の運動状態が変化しないのはどのような場合ですか。
それらの外力の合力が0(力のつり合いが取れている状態)である場合です。

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