水平面上の物体と作用反作用

設定：水平な床に物体を静かに置きます。物体にはたらく力を全て挙げ、各力の反作用を答えます。

物体にはたらく力：

1. 重力 $mg$（地球が物体を引く力）— 鉛直下向き
2. 垂直抗力 $N$（床が物体を押す力）— 鉛直上向き

つりあいの関係（同じ物体上）：物体が静止しているので、はたらく2力の合力がゼロです。

$$ N - mg = 0 \quad \Longrightarrow \quad N = mg $$

各力の反作用（異なる物体上）：作用反作用の法則により、力は常にペアではたらきます。

作用	反作用
地球→物体（重力 $mg$）	物体→地球（万有引力 $mg$、上向き）
床→物体（垂直抗力 $N$）	物体→床（押す力 $N$、下向き）

補足：つりあいと作用反作用の見分け方

つりあい：同一物体にはたらく2力で、合力ゼロ → $N$ と $mg$ の関係

作用反作用：異なる物体にはたらく2力で、同一直線上、逆向き、同じ大きさ → 重力と「物体が地球を引く力」の関係

「つりあい＝作用反作用」と混同しないこと！つりあいが崩れても作用反作用は常に成立します。

具体的な数値で確認

物体の質量を \(m = 2.0\) kg、重力加速度を \(g = 9.8\) m/s² として、各力の大きさを実際に計算する。

重力の大きさ：

$$ W = mg = 2.0 \times 9.8 = 19.6 \text{ N（鉛直下向き）} $$

物体は静止しているので、垂直抗力 \(N\) は重力とつりあう（同じ物体上の力のつりあい）：

$$ N - mg = 0 \quad \Longrightarrow \quad N = mg = 2.0 \times 9.8 = 19.6 \text{ N（鉛直上向き）} $$

作用反作用の法則により、それぞれの力にはペアの反作用が存在する：

$$ \text{物体が地球を引く力} = 19.6 \text{ N（鉛直上向き、地球が受ける）} $$ $$ \text{物体が床を押す力} = N = 19.6 \text{ N（鉛直下向き、床が受ける）} $$

重要：つりあいの2力（重力と垂直抗力）は同じ物体（物体）にはたらく。一方、作用反作用の2力（例：重力と「物体が地球を引く力」）は異なる物体にはたらく。両者は混同してはいけない。