平面でのつり合い

一般小学生

まとめ

平面でのつり合い
同一平面上にある物体に複数の力が作用し、それらの合力が0となって物体が静止または等速直線運動を維持している状態

解説

物体に複数の力がはたらいているとき、それらをすべて足し合わせた「合力」が0になることを「力のつり合い」と呼びます。平面上(2次元)でのつり合いを考える場合、力の向きを考慮したベクトルとしての和が0になる必要があります。

具体的には、座標軸を設定し、すべての力をx成分とy成分に分解して考えます。x方向の力の合計(ΣFx)とy方向の力の合計(ΣFy)がそれぞれ独立して0になることが、平面上でのつり合いの条件です。3つの力がつり合っている場合、それらのベクトルを平行移動してつなぎ合わせると、始点と終点が一致する「力の三角形」と呼ばれる閉じた図形が形成されます。

項目 直線上のつり合い(1次元) 平面でのつり合い(2次元)
力の方向 同一の直線上のみ 同一平面上のあらゆる方向
計算方法 正負の符号のみで計算可能 x成分・y成分への分解が必要
図示の特徴 2つの力が反対向きで一直線 3力以上の場合は「力の三角形」などを作る
コラム

物体の重さのバランスを考える「重心」の位置も、力のつり合いと深く関係しています。例えば、太さと長さが同じで重さが100g(物体A)と20g(物体B)の棒を繋いで全長60cmとした場合を考えます。

このとき、物体Aの中心と物体Bの中心の距離は30cmとなります。全体の重心Gは、これら2つの中心間を重さの逆比(1:5)に分けた位置にくるため、重い物体Aの中心から5cmの地点、つまり棒の左端から20cmの位置が全体の重心となります。このように、複雑な形状の物体でも、各部分にはたらく力のつり合いを考えることで重心を特定することが可能です。

小学生のみなさんへ

平らな板や、金あみの上で、いろいろな方向から引っぱる力がちょうど同じ強さでぶつかり合って、真ん中にあるものが動かなくなることをいいます。2人で引っぱり合うだけでなく、3人や4人でバラバラの方向に引っぱっても、みんなの力がうまく合わさって真ん中の場所が動かないときは、力がつり合っているといえます。

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