左まわり

一般小学生

まとめ

【定義】
物体をある点を中心に回転させようとする際、時計の針の進行方向とは逆方向に回転しようとする向き、およびその力の作用を指す。物理学(静力学)においては、支点周りの回転の平衡(モーメントのつり合い)を考えるための基本概念である。

まとめ

てこが水平につり合う条件は、第一に「左まわりのモーメントの総和」と「右まわりのモーメントの総和」が等しいこと。第二に、鉛直方向の「上向きの力の合計」と「下向きの力の合計」が等しいことである。棒自体の重さを考慮する場合、その重さは棒の幾何学的な中心(重心)に集中して働くとみなして計算する。

解説

てこのつり合いを理解するためには、物体を回転させようとする力の能率である「モーメント(力×支点からの距離)」の概念が不可欠である。例えば、棒の左端を支点とし、そこから20cmの位置に50gのおもりを吊るした場合、これを回転させようとするモーメントは「50g × 20cm = 1000g・cm」となる。これに対し、100cm離れた右端でばねばかりを用いて上向きに支える場合、つり合いの状態では「10g × 100cm = 1000g・cm」の逆向きのモーメントが発生し、回転が止まる。
また、物体にはその重みが一点に集中しているとみなせる「重心」が存在する。太さや密度が一様な棒であれば、重心は必ず棒の中点に位置する。モーメントの計算において棒の重さを無視できない場合は、重心の位置に棒全体の重力がかかっていると仮定して立式を行う必要がある。さらに、系全体のつり合いにおいては、支点が支える上向きの力とばねばかりの力の合計が、おもりの重さと棒の重さの合計に一致するという鉛直方向のバランスも同時に成立している。これらの原理は、装飾品のモビールや建築構造の安定性計算など、幅広く応用されている。

小学生のみなさんへ

てこが水平につり合っているとき、左に回そうとする力と、右に回そうとする力は同じ大きさになっています。「左まわり」の力とは、支点を中心にして時計の反対方向に回そうとする力のことです。この力は「重さ×支点からのきょり」で計算することができます。棒に重さがあるときは、棒の真ん中にその重さがかかっていると考えて計算するのがポイントです。左に回そうとする力の合計と、右に回そうとする力の合計が同じになれば、てこはピタッと水平にとまります。

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