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1本のひもにかかる力

一般小学生

まとめ

1本のひもにかかる力
質量が無視できる1本のひもにおいて、どの地点でも張力の大きさが一定になるという物理的な性質
  • ひもの質量や滑車の摩擦を無視できる理想的な状態では、張力はどこでも等しい
  • 滑車を介しても、同一のひもであれば張力の値は共通として扱える
  • ひもに重さがある場合や別のひもに結ばれた場合は、この原則は適用されない

解説

物理学の力学において、1本のつながったひもにかかる力(張力)は、ひもの端から端まで均一であるとみなします。これは、ひもを微小な区間に分けて考えたとき、ひも自体の質量がゼロであれば、それぞれの区間の両端で引っぱり合う力が等しくなければつりあいが保てないためです。

定滑車や動滑車を用いた場合でも、そのひもが同一のものである限り、張力 T は共通の値として計算に用いることができます。ただし、ひもが別のひもに結ばれたり、滑車に摩擦があったり、ひも自体に重さがある場合は、場所によって力が異なるため注意が必要です。

項目 理想的なひも(問題設定) 現実のひも
ひもの質量 無視できる(ゼロ) 質量がある
張力の大きさ どこでも一定 場所によって異なる
滑車の摩擦 なし あり
コラム

動滑車を使用する場合、1本のひもが2箇所でおもりを支える形になるため、引く力は半分で済みますが、その分ひもを引く距離は2倍になります。例えば、100gのおもりを20gの動滑車で吊るす場合、合計120gの重さを2本のひもで支えることになるため、1本のひもにかかる張力は60g重相当となります。このとき、おもりを10cm持ち上げるためには、ひもを20cm引く必要があります。

小学生のみなさんへ

1本の糸やひもをピンと引っぱったとき、そのひもの中では、どこでも同じ強さで力がはたらいているんだ。これを「張力(ちょうりょく)」と呼ぶよ。たとえば、1本のひもを滑車(かっしゃ)にかけて引っぱるとき、自分の手で引っぱっている力と、反対側の重りをつるしている力は、同じ大きさになるんだ。1本のつながったひもなら、どこをさわっても同じ強さで引っぱり合っている、と覚えておこうね。

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