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てこ

てこ

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

てこ
支点を中心に回転する棒を利用し、小さな力で大きな荷重を動かしたり、力の向きや移動距離を変換したりする仕組み

解説

てこの原理は、物体を回転させる力の能率である「モーメント」によって説明されます。棒が水平につり合うためには、支点を中心とした時計回りのモーメントと反時計回りのモーメントが等しくなる必要があります。計算においては、棒自体の重さを考慮する場合があり、太さが一様な棒であればその中心(重心)に全重量がかかっているものとして計算します。太さが一様でない棒の場合は、あらかじめ重心位置を特定し、そこを作用点として重力を加味します。

てこはその構造によって以下の3つの型に分類されます。

分類 中心にある点 具体例 主な特徴
第1種てこ 支点 はさみ、釘抜き 力の向きが逆になり、大きな力を出せる
第2種てこ 作用点 栓抜き、手押し車 常に小さな力で重いものを動かせる
第3種てこ 力点 ピンセット、釣竿 力は必要だが、細かな動きや距離を稼げる

また、てこの応用として「輪軸(りんじく)」や「滑車」があります。輪軸は半径の異なる円筒を組み合わせ、半径の比を利用して小さな回転力で大きな力を生み出します。例えば、半径6cmの中輪におもりを吊るし、半径4cmの大輪で釣り合わせる場合、半径の比(3:2)の逆比の力をかけることで制御します。これらは「回転させる力(モーメント)」と「上下の力(荷重の合計)」の2つの視点からつり合いを考えることが重要です。

コラム

実社会では、エレベーターの「つり合いおもり」にてこの考え方が応用されています。かごの重量とあらかじめバランスをとっておくことで、モーターにかかる負荷を最小限に抑えています。

また、最新のステープラー(ホッチキス)には「倍力機構」が備わっているものがあります。これは内部でてこを多段階に組み合わせることで、通常の数分の1の力で厚い書類を綴じることを可能にした仕組みです。計算問題では、棒の左端を支点とした時のおもりの位置、棒の重心、右端のばねばかりの3点による回転力の計算や、支点にかかる上向きの力の算出などが頻出します。

小学生のみなさんへ

てことは、ぼうを使って小さな力で重いものを持ち上げたり、動かしたりする仕組みのことです。てこには大切な3つの点があります。力を入れる「力点りきてん」、ぼうをささえる「支点してん」、そして物が動く「作用点さようてん」です。

てこには3つの種類があります。はさみのように支点が真ん中にあるもの、せんぬきのように作用点が真ん中にあるもの、そしてピンセットのように力点が真ん中にあるものです。道具によって、力を強くしたり、細かな動きをしやすくしたりと、使い分けられています。

また、てこを丸い形にした「輪軸りんじく」や、ひもを使った「滑車かっしゃ」もてこの仲間です。これらを使うと、重い荷物を楽に運ぶことができますが、その分、ひもを引く距離きょりが長くなるという決まりがあります。これを「仕事の原理げんり」と呼びます。

ルラスタコラム

公園にあるシーソーもてこの一種です。体重が重い人と軽い人がつり合うためには、重い人が支点の近くに座り、軽い人が支点から遠くに座る必要があります。これは「重さ×支点からのきょり」が左右で同じになるとつり合うという、てこのルールがあるからです。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 てこを構成する3つの重要な要素(点)の名称をすべて答えなさい。
支点(してん)、力点(りきてん)、作用点(さようてん)の3つです。
【応用】 「第2種てこ」と「第3種てこ」において、それぞれ真ん中に位置する点は何か答えなさい。また、それぞれの道具としての利点の違いを説明しなさい。
第2種てこは「作用点」が真ん中にあり、常に小さな力で重いものを動かせますが、動かす距離は長くなります。一方、第3種てこは「力点」が真ん中にあり、大きな力が必要ですが、細かい動きや長い距離を動かすのに適しています。
【実践】 てこの計算問題において、使用する「棒」に重さがある場合、どのように考慮して計算すべきか説明しなさい。
棒自体の重さを、棒の「重心(じゅうしん)」にかかる下向きの力として計算に含める必要があります。太さが一様な棒であればその中心に、太さが一様でない棒であれば指定された重心位置に全重量がかかっているものとして、支点まわりのモーメントのつり合いを考えます。

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