教科書(物理基礎) 問A:受ける力と及ぼす力

解法

直感的理解

力には必ず「及ぼす側」と「受ける側」があります。「A が B に及ぼす力」の反作用は「B が A に及ぼす力」――主語と目的語を入れ替えるだけです。物体をドラッグして動かし、作用・反作用のペアがどう変わるか確認しましょう。

力を記述するとき、「誰が」「誰に」及ぼす力かを明確にすることが重要です。

作用・反作用の法則(ニュートンの第3法則):

$$ \vec{F}_{A \to B} = -\vec{F}_{B \to A} $$

つまり、大きさが等しく向きが反対です:

$$ |\vec{F}_{A \to B}| = |\vec{F}_{B \to A}| $$

具体例で確認:

質量 \(m_A = 3\,\text{kg}\) の物体 A が床の上に置かれている場合、

$$ W_A = m_A g = 3 \times 9.8 = 29.4\,\text{N(下向き)} $$

このとき作用反作用のペアは:

注意:「A にはたらく重力」と「床からの垂直抗力」はつり合いであり、作用反作用ではありません

答え:「AがBから受ける力」と「BがAから受ける力」が作用・反作用
別解:力の分類表で整理する

物体 A が床に置かれているとき、A にはたらく力を整理します。

及ぼす側 受ける側 反作用
重力 29.4 N↓ 地球 A Aが地球を引く力 29.4 N↑
垂直抗力 29.4 N↑ A Aが床を押す力 29.4 N↓

重力の反作用は「Aが地球を引く力」であり、垂直抗力ではないことがポイントです。作用・反作用は必ず異なる物体間ではたらきます。

Point

作用・反作用のペアは「〇〇が△△に及ぼす力」の主語と目的語を入れ替えたものです。同じ物体にはたらく力のつり合い(重力と垂直抗力)と混同しないこと。作用・反作用は加速中でも常に成立しますが、つり合いは静止 or 等速直線運動のときだけ成立します。