【いろいろな力】糸の張力は公式を覚える必要なし!文字の置き方が大切

MAKOTO METHOD / Mechanics
まこと先生の診察室

指導歴14年、延べ3,000人以上を診てきて——
力学でつまづく人の「3つの症状」はほぼ決まっています。

症状①
運動方程式 立てられない症
F=ma は言えるのに、
どの物体・どの向き・どの力を書けばいいか迷う
症状②
公式使い分け 依存症
等加速度・エネルギー保存・運動量保存——
どれを使うかの「判断基準」が曜暴
症状③
図解ショートカット症
問題文を読んで即計算に入るクセ。
力の向き・運動の状況を図で整理する前に手が動く

あなたの力学、どの症状ですか?

  • 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

このような方向けに解説をしていきます。

【今回わかること】

  • 張力の向きと大きさ
  • 張力の求め方

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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張力とは糸が引く力

まこと
張力とは糸が引く力のこと!

 

張力の向きについて

張力の向きについてはイメージが最重要です。

糸で引っぱられている物体の気持ちになって「どの向きに引っぱられる力を感じるかな?」とイメージすると、直感的に向きを判定できます。

 

今回は、車をロープで引っぱるところをイメージしてみましょう。

ここでは、ロープで引っぱられている車の気持ちになって考えてください。

では、2つの質問について考えてみましょう。

A君がロープを引っぱることで、「車」はどの向きに引っぱられますか?
B君がロープを引っぱることで、「車」はどの向きに引っぱられますか?

かならず車の気持ちになって考えてみましょう。

A君が引っぱった場合、車は右に動いてしまいます(もちろん怪力で引くこと前提ですがw)。

つまり、車は右に引っぱられる

B君が引っぱった場合、車は左に動いてしまいます。

つまり、車は左に引っぱられる

直感的なイメージだけで答えられましたか?

まこと
結局、張力というのは状況によって向きが変わってしまう。糸(ロープなど)が引っぱる向きで判断してあげればOK!

 

 

張力の大きさについて

張力は「糸が引く力」なので、大きさも状況次第で変わるということになります。

先ほどの車の例で考えてみましょう。

A君の方が力いっぱい引っぱっているように見えるので、「B君が引く力より、A君が引く力のほうが大きい」とします。

車の気持ちになって考えれば、左向きの張力より右向きの張力の方が大きいということになります。

つまり、引っ張る力が違えば張力だって違うということです。

 

では、張力は文字でどのように設定してあげればいいのか。

文字の置き方は垂直抗力と似ています。

大きさが決まっていないのであれば、とりあえず何かの文字で置くしかないです。

そこで、よく『\(T\)』という文字を使います。

『張力』を英語にすると「Tension」なので、その頭文字です。

ただし、『\(T\)』は時刻や周期というものでも使うことがあるので、問題によっては『\(S\)』を使うこともあります。

まこと
とりあえず張力の大きさは状況次第だから何か文字で置くしかないと覚えておきましょう!

 

張力の求め方

状況によって大きさが変わってしまう張力を一体どうやって求めればいいのか。

それは、運動の種類によって立てられる式を計算して求めることができます。

運動の種類によって立てられる式とは、

のようなものになります。

「張力を求めよ」という問題が出てきたときは、糸の部分をジーっと見ていても答えはわかりません。

まこと
「とりあえず式を作って計算してみるか!」と割り切ってしまうことが大切!

 

張力が登場する問題で、実際に使っているところを見ると、よりハッキリとしてきます。

滑車の問題」が参考になるので、気になる方はチェックしてみましょう!

 

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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共田 誠(まこと先生)

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共田 誠(まこと先生)

高校物理講師・プロ家庭教師 / 指導歴14年

上智大学理工学部物理学科卒。私立高校の非常勤講師として進学クラスから基礎クラスまで幅広く担当。大手家庭教師センター3社でプロ家庭教師を経験し、現在はオンライン専門で全国の高校生を個別指導中。

暗記物理の撲滅」を掲げ、生徒の思考のクセを診断・矯正するドクター型アプローチで指導。表面的なテクニックではなく、初見の問題に強い思考力を育てる。

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