水平

一般小学生

まとめ

【定義】
地面に対して傾きがなく、真っ直ぐに平らな状態を指す。物理学の静力学においては、物体にかかる力の合計(合力)が零であり、かつ任意の点を中心とした力のモーメントの合計が零となって静止している状態を指すことが多い。

まとめ

水平につり合った棒においては、上向きの力の合計が、棒自体の重さと重りの重さの合計(下向きの力)に等しくなる。太さが一様な棒の重心は幾何学的な中心にあるが、一様でない場合は重心の位置が偏り、支点にかかる力も左右非対称となる。

解説

棒を水平に保つためには、鉛直方向の力のつり合いを考慮する必要がある。支える力の合計は、常にシステム全体の重量と一致する。例えば、棒の右端に20gの重りを吊るし、中央をばねばかりで支えて水平を保ったとき、ばねばかりの値が70gであれば、棒自体の重さは70gから20gを引いた50gであると算出できる。また、太さが一様な棒を2つのばねばかりで両端から吊るせば左右に均等な力がかかるが、太さが一様でない場合は重心に近い方の支点により大きな力がかかる。この原理は実生活にも応用されており、車椅子の介助において対象者の重心を自分に近づけて持ち上げることで、効率的に力を伝えることができる。物体の形状や密度分布から重心を特定し、モーメントのバランスを考慮することは、剛体の力学における基礎である。

小学生のみなさんへ

てこが、かたむかずに地面とまっすぐ平行になっている状態を「水平(すいへい)」といいます。てこがつり合って水平に止まっているときは、右に回そうとする力と左に回そうとする力の大きさが同じになっています。このとき、ぶら下げたおもりの重さだけでなく、てこの「ぼう」自身の重さも考えることが大切です。ぼうの重さは、いつも真ん中にかかっています。また、上向きに引っぱる力の合計と、下向きにかかる重さの合計がぴったり同じになることも、水平に止まるための大切な条件です。

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