物体が受ける力を見つけるには、まず重力(地球から受ける、常にはたらく)を描き、次に接触しているものからの力を順に確認します。面があれば垂直抗力、糸があれば張力、粗い面なら摩擦力です。スライダーで状況を切り替えて、力の見つけ方を練習しましょう。
物体が受ける力を見つける手順は、①重力 → ②接触力の順で確認することです。質量 2.0 kg の物体なら重力は 2.0 × 9.8 = 19.6 N です。
手順1:重力(すべての物体に共通)
$$ W = mg = 2.0 \times 9.8 = 19.6\,\text{N(鉛直下向き)} $$手順2:接触力の確認
【床の上の場合】床と接触 → 垂直抗力 \(N\) が面に垂直・上向きにはたらく。つり合いより:
$$ N = W = mg = 19.6\,\text{N} $$【糸でつるした場合】糸と接触 → 張力 \(T\) が糸に沿って上向きにはたらく。つり合いより:
$$ T = W = mg = 19.6\,\text{N} $$【斜面上の場合(角度 \(\theta = 30°\))】斜面と接触 → 垂直抗力 \(N\) が斜面に垂直にはたらく。
$$ N = mg\cos\theta = 19.6 \times \cos 30° = 19.6 \times \frac{\sqrt{3}}{2} \fallingdotseq 17.0\,\text{N} $$さらに、粗い面なら摩擦力 \(f\) も斜面に沿ってはたらきます。
物体にはたらく力を漏れなく見つけるためのチェックリストです。
| 確認項目 | 力の種類 | 向き |
|---|---|---|
| ① 地球上にあるか? | 重力 \(W = mg\) | 鉛直下向き |
| ② 面と接触? | 垂直抗力 \(N\) | 面に垂直・面から離れる向き |
| ③ 糸・ばね? | 張力 \(T\) / 弾性力 \(F\) | 糸・ばねに沿った向き |
| ④ 粗い面? | 摩擦力 \(f\) | 面に平行・運動を妨げる向き |
| ⑤ 流体中? | 浮力 / 抗力 | 浮力は上向き、抗力は運動と逆 |
「接触していないのに力がはたらく」のは、重力・静電気力・磁力の3種類だけです(高校物理の範囲)。接触力を見つけるには物体が何に触れているかを1つずつ確認しましょう。
力を見つける順番は①重力(必ずはたらく)→ ②接触力(面→糸→摩擦の順で確認)です。見つけた力は必ず矢印で図示し、力の作用点・向き・大きさを明記しましょう。力を描き忘れると運動方程式やつり合いの式が間違います。