物理入門：「合力・力のつり合い」をシミュレーターを用いて理解しよう！

2021-04-12　 力の基本原理

前回、F=ma (運動の第2法則)という重大な法則について解説しました。この法則の定義は以下の通りです。

力が発生すると、その作用として加速度が生じるという重大な法則です。このように解説しましたが、1つだけ注意点があります。それは「物体にかかる力を計算する時は、力のつり合いを考慮する必要がある」ということです。

この「合力・力のつり合い」について今回は解説します！

力は足し算できる！

前回は力が一つだけかかっている場合を考察しました。それでは、↓のように2つ以上の力が物体にかかっている場合はどうでしょうか？

この場合、「力を足し算する」ことで、最終的にかかる力・加速度が計算できます。これを合力と呼びます。合力は、かかる力をそのまま足し算すればOKです。ただし、逆側に力がかかっていた場合は、その力をマイナスとみなして足し算します。

例えば↓の例の場合、右側のF1が30、左側のF2が20なので、最終的な合力は上で赤色で示しているF=10となります。最終的に物体にかかる力はこのF=10になり、ここからF=maの式を使って加速度を計算すれば良いわけです！

　

シミュレーターで「力のつり合い」の意味を理解しよう！

それでは上記の「力のつり合い」の意味を、シミュレーターを使って確認してみましょう！

値を色々変えて、実行してみましょう！

「力のつり合い」に関する重要なポイント

上のシミュレーターで理解しておくべき重大なポイントが2つあります。

重要ポイント１：力がつりあった時には、加速度＝0となる

最終的に物体に働く力は足し算結果の「合力」です。ですので、力が2つかかっていても、それらがつり合っていた場合、かかる力と加速度は↓のように0となります。

ですので、力がかかっていても、物体に加速度が働かない場合もあるんです。まさに、地球上の重力がそれで、物体は地面からの抗力を受けることで、力がつり合い、加速度0の状態にあるんです！
　

重要ポイント２：力がつりあって合力0でも、速度が0になるわけでない

これも、加速度について理解出来ればわかることです。合力が0になるということは、加速度が0になるということです。加速度が0になったときに速度を持っているならば、その速度がその後維持されます。

あくまで力・合力は加速度だけに影響を与えて、それが0ならば速度には影響しないことに注意して下さい！

ちなみに、「合力が0の場合には、速度が維持される」という事実は「慣性の法則」「運動の第1法則」といいます！

重要な性質なので理解しておきましょう！
　

[関連記事] 物理入門: 力の基本原理

1．F=ma (運動の第2法則)

2．合力・力のつり合い(本記事)

3．合力・力の合成(2次元・3次元)

4．力の分解(2次元・3次元)

5．作用・反作用

6．「運動量保存則」「物理エネルギー保存則」の違い