物理入門：「重力・垂直抗力(平面)」の基礎をシミュレーターで理解しよう！

2021-04-15　

「重力」運動をシミュレーターで確かめてみよう！

今回は基礎的なお話になります。コチラの記事で物体にかかる力と加速度の関係について解説している通り、物体にかかる力を分析することで物体の加速度・速度の変化を計算することができます。

物体には様々な力がかかりますが、その代表ともいえるのが「重力」です。今回の記事ではこの重力について解説していきます！

重力は地球上に物体に等しくかかります。その重力は↓の式で求められます。

重力

\(重力 \displaystyle= mg \)

この式の通り、重力は物体の重さに比例します。そしてその比例係数がg=9.8となります。これを重力加速度といいます。これは地球上で一定です。この力は↓の絵の通り、必ず下方向にかかります。

　

POINTどんな物体にも地球上では重力がかかっている！

力と加速度の解説記事の通り、力が釣り合わない限り、物体は加速度運動をするはずです。しかし、地球上の物体は停止しています。重力がかかっているのに。

それは、、、地面から垂直抗力という力を受けているからです。これは、物体が重力により地面を押したことの反作用となります。mgの力で地面を押すこといなるので、↓のように物体はmgの力で反作用を受けます。これを垂直抗力と呼びます。一般的にNという記号で表します。

ポイントは垂直抗力N＝重力となること。つまり、垂直抗力N=mgとなります。この垂直抗力があるから、物体は停止した状態になっているんです！

↓重力と垂直抗力はイコールになり、力のバランスが保たれる

　

POINT重力の反対の垂直抗力を地面から受けることで、物体は静止状態になっている！

上記の通り、物体には重さに比例した重力・垂直抗力がかかります。これをシミュレーターで確認しましょう！

シミュレーターの説明

値を変えて、重力・垂直抗力が変わることを確認しましょう！

重さ

重力 : 0.0
垂直抗力 : 0.0

　
　
必ず、「垂直抗力＝重力」となって釣り合うことがポイントです！

別ページでのシミュレーター解説になりますが、下に地面がなく、自由落下した場合には、加速度=gで下方向に移動していく事になります。

なぜならば重力は重さに比例し、かかる加速度も重さに反比例するため

重力による加速度

\(a \displaystyle= \frac{F}{m} = \frac{mg}{m} = g\)

となり、a=gと言えるためです！どんな重さの物体も、この加速度で落下していくんですね！この\(g=9.8m/s^2\)を重力加速度といいます！

これを前提にした自由落下シミュレーターはコチラのページで動かすことができます！ぜひ、使用してみて理解を深めて下さい！
　

「重力・垂直抗力」まとめ

[関連記事] 物理入門: 重力・摩擦

1．重力・垂直抗力(本記事)