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【いろいろな力】垂直抗力とは?

この記事では

  • まずはザックリ理解したい
  • イメージを優先したい
  • 苦手を克服したい

というひと向けに解説をしていきます。

 

【今回わかること】

  • 垂直抗力の向きと大きさ
  • 垂直抗力の求め方

 

 

力についての基本事項をまだ確認してない方は、先に確認しておいてください。

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垂直抗力とは?

まこと
垂直抗力を簡単に言ってしまうと「支える力」とイメージしておきましょう

実際は、作用反作用の法則で出てくる「押し返される力」という理解の方が万能です。

ではなぜ「支える力」とイメージしてもらったのか。

具体例を使って説明しておきます。

物理基礎の基本問題でよく出会う2パターンの状況を用意しました。

①②のように物体動かない床の問題がよく出てきます。(物体を主役として考える)

このようなときに「(物体が)押し返される力」だと考えるステップが多くなるという面倒な点があります。

今回は①②どちらの場合も、物体が押す力というのは床に働く力です。
  1. 「物体が押す力」は床に働く ←押す力を考えるステップ
  2. だから物体は床から押し返される ←作用反作用の法則を考えるステップ
  3. その押し返される力が「垂直抗力」

という3ステップを考えることになってしまいます。

床に働く力のことを気にせずに物体には床に支えてもらう力が働くと考えた方がシンプルで早いです。
  1. 床に触れてるから支えてもらう力「垂直抗力」が働く

1ステップで済みます。

苦手を克服するまでは「支える力」と覚えておくのがおすすめです。

 

 

垂直抗力の向き

力の向きを探すときは、物体と触れている面に注目しましょう。

そして、その面と垂直な向きに矢印を書けば終了です。

念のためですが、支えられる向きってどっちかな?と考えるのは忘れないでください。

 

実際、先ほどの2パターンに垂直抗力を書くとこのようになります。

特に、②のように斜面上の問題では気を付けてください

垂直抗力を真っすぐ上向きに書いてしまい、テストで間違ってしまうひとが毎年います。

向きは「触れている面と垂直」です。

まこと
②のように面が斜めなら、その面と垂直に書くという点に注意してください

 

垂直抗力の大きさは?

垂直抗力の大きさは状況によって変わるから、とりあえず何か文字で置くしかないというのを覚えておきましょう。

そこでよく使う文字が N になります。

 

では、状況によって変わるとはどういうことなのかを具体例を使って考えてみましょう。

今回は「体重が重い男性」と「体重が軽い女性」が椅子に座っている状況をイメージしてみます。

ではここで質問です。

イスが支える力はどちらの方がどれくらい大きいですか?

もちろん「体重が重い男性」のほうが支える力は大きくなるはずです。

しかし、どれくらい大きい?と聞かれても答えられませんよね。

座っている人の体重に合わせて、支える力もどんどん変わってしまいます

なのでとりあえず何か文字で置くしかないということになります。

 

実際に問題の中で垂直抗力を使っているところを見たいという方は、下の動画を参考にしてみてください。

 

垂直抗力の求め方

垂直抗力の大きさは状況によって変わるので、実際は「力のつり合い」や「作用反作用の法則」や「運動方程式」から求めることになります。

問題で与えられている情報や、そのときの運動の様子によってどの式を立てるかは変わってきます。

 

現段階ではまず次のことを覚えておきましょう。

  • 垂直抗力の大きさはNと置く
  • そのあと立てた式を計算して、そのときのNの値を求める
まこと
苦手を克服する段階では「向き」「大きさ」から覚えて、物体に働く力を正確に書けるように練習するところから始めていきましょう

 

力学で覚えるほかの力も「向き」と「大きさ」を覚えておきましょう。

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