教科書(物理基礎) 問25

解法

直感的理解

重力とは地球が物体を引く力です。質量 1 kg の物体にはたらく重力は約 9.8 N。質量が 2 倍になれば重力も 2 倍、10 倍なら 10 倍――重力は質量に比例します。スライダーで質量を変えて、重力がどう変わるか確かめましょう。

重力の大きさ \(W\) は、物体の質量 \(m\) と重力加速度 \(g\) の積で求められます。

公式:

$$ W = mg $$

計算過程:

質量 \(m = 10\,\text{kg}\)、重力加速度 \(g = 9.8\,\text{m/s}^2\) を代入します。

$$ W = mg = 10 \times 9.8 $$ $$ W = 98\,\text{N} $$

よって、質量 10 kg の物体にはたらく重力の大きさは 98 N です。

答え:98 N
補足:天体ごとの重力加速度の違い

重力加速度 \(g\) は天体によって異なります。同じ 10 kg の物体でも、天体が変わると重力が変わります。

天体 \(g\)〔m/s²〕 10 kg の重力
地球 9.8 98 N
1.6 16 N
火星 3.7 37 N
木星 24.8 248 N

月面では \(g \fallingdotseq 1.6\,\text{m/s}^2\) なので、

$$ W_{\text{月}} = 10 \times 1.6 = 16\,\text{N} $$

地球上の約 \(\dfrac{1}{6}\) になります。質量は場所によらず一定ですが、重力(重さ)は場所によって変わることに注意しましょう。

Point

重力の大きさ \(W = mg\) は質量に比例します。\(g \fallingdotseq 9.8\,\text{m/s}^2\) は地球表面での値であり、質量〔kg〕と重力〔N〕は別の物理量です。質量はどこでも変わりませんが、重力は天体や高度によって変化します。