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【中学理科】力のつり合いを元教員がわかりやすく解説

力のつり合い

このページでは、中学1年生で学習する力のつり合いについて解説をします。

力のつり合い
  • 力のつり合い
  • 力のつり合いと垂直抗力の関係
  • 力のつり合いと作用反作用の関係

などについて学習したい人は、この記事を読めばバッチリです!

ねこ吉

よろしくお願いします!

うん。よろしくね!

自己紹介

さわにい」といいます。元中学理科の教員

現在は毎月30万人が利用する理科サイトの運営者です。

登録者7万の教育YouTuberでもあります。

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力のつり合いとは

「物体に力を加えるとどのようなことが起こるか?」ねこ吉は覚えているかな?

ねこ吉

うん。「力のはたらき」で学習したからね!

素晴らしい!

力のはたらきには、以下の3つがあったね。

  • 物体の動きを変える
  • 物体の形を変える
  • 物体を支える

これら3つが、力のはたらきだったね!

(覚えていなかった人は、下のページも見てみてね!)

つまり物体に力を加えると、物体が動いたり、形が変わったりするんだね。

では、次の場合を考えてみよう。

つなひき

つなひきでは、力いっぱいに引っ張っても、物体(ひも、なわ)が動かないことがあるよね?

これは、なぜだろう?

ねこ吉

相手が反対からも引っ張っているからかな?

うん。そういうことだね。

物体に2つの力が加わっているのに、物体が静止している場合、2つの力は「つり合っている」というんだよ。

力のつり合い

物体に2つの力がはたらいても、物体が動かない場合、「2つの力はつり合っている」という。

中学3年生以上の方へ
実際には3つ以上の力でも、力のつり合いはおこります。
また、等速直線運動をしている場合も力はつり合っています。
しかし、この記事は中学1年生の学習内容に合わせているため、これらの説明は割愛いたします。

ねこ吉

なるほど、2つの力がはたらいても、物体が動かない場合、2つの力はつり合っているといえるんだね。

そういうことだね。では、2つの力がつり合うには、どのような条件が必要かを考えていこう。

2力がつり合うための3つの条件

2つの力がつり合うために、次の3つの条件を全て満たすことが必要だよ。

  • 2つの力の大きさが等しい
  • 2つの力の向きが逆向きである
  • 2つの力が一直線(同一直線)上にある

この3つ条件はとても大切だから、しっかりと覚えてね!

例えば下の図のA・Bはこれら3つの条件を全て満たすから、2つの力はつり合うね!

力のつり合い

また、以下の3つは、3つの条件を全て満たしていないので、力はつり合わないよ。

力がつり合わない

Cは力の大きさが等しくないからつり合わないね。

Dは力の向きが反対ではないからつり合わないね。

Eは2つの力が一直線上にないからつり合わないね。

ねこ吉

先生、質問です!

どうしたの?

ねこ吉

Eの2つの力が一直線上に無いことはわかるんだけど、この2力はつり合わないの?

Eの図

うん。つり合わないよ。Eの2力が加わると、物体は回転してしまうね。

回転する

回転してしまうということは、物体は動いているから、つり合っていないね。

(もちろん回転して、力が一直線になればつり合うよ)

2力がつり合うための条件はOKかな?

  • 2つの力の大きさが等しい
  • 2つの力の向きが逆向きである
  • 2つの力が一直線(同一直線)上にある

必ず押さえておこうね!

ねこ吉

了解です!

力のつり合いと垂直抗力

最後に力のつりあいと垂直抗力すいちょくこうりょくについて解説するね。

ねこ吉

垂直抗力?

うん。垂直抗力とは、物体が面に接して重さの分だけ力を加えているとき、同じ大きさで面から垂直に受ける力のことだよ。

重力と垂直抗力

物体には必ず重力がはたらくよね。だけど、机の上に置かれた本は下に落ちていかないよね?

これは、垂直抗力があるためなんだ。

ねこ吉

上の図で、机が本を支える力が垂直抗力なんだね。

そういうことだね。上の図では、重力と垂直抗力がつり合っているんだね。

だから本が動かないんだよ。

もちろんもっと重い本を置けば垂直抗力も大きくなるし、

重い本の場合

もっと軽い本を置けば、垂直抗力も小さくなるよ。

軽い本の場合

図では、本の重さと垂直抗力がつり合っているから、このようになるんだね。

ねこ吉

先生、じゃあ、重力10000Nの本を置いたら、机が支える垂直抗力も10000Nになるの?

そこまで重たいと、机が壊れてしまうかな?

硬い地面の上なら大丈夫だから、垂直抗力は10000Nとなるね。

これが、力のつり合いと垂直抗力だよ。少し難しいけれど、確認しておいてね!

力のつり合いと作用反作用の関係

力のつり合いと作用反作用の関係を知りたい人は、こちらの記事を見てみてね!

まとめ

これで力のつり合いについての解説を終わるよ。

このサイトでは、中学理科に関する解説をしているよ。

またいつでも遊びにきてね!

ねこ吉

またねー!

さわにいは、登録者7万人の教育YouTuberです。

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また、2022年10月に学習参考書も出版しました。よろしくお願いします。

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この記事を書いた人

東京を拠点に活動する教育フリーランス  専門は理科教育学  所持教員免許は中学と高校の理科  

理科の教材や学習法を研究中!
さまざまな出版社の理科教材や解説を作成してます。

ツイッターでは理科のポイントや勉強の仕方、さわにいの考えを発信しています。

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コメント

コメント一覧 (3件)

  • とてもわかり易いです。
    いつも自主学習の参考にしています。
    (中1まとめのところリンク貼っていないですよ!)

    • コメントありがとうございます!
      嬉しいです。

      (中1まとめのところリンク貼っていないですよ!)↓
      こちらどの部分か、詳しく教えていただいてよろしいでしょうか?
      申し訳ございません、、!

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