このページでは、中学3年生で学習する「力の分解」について解説をしていきます。
- 力の分解について知りたい
- 斜面の力の分解について知りたい
という方は、この記事を読めばバッチリですよ!
よろしくお願いします!
うん。よろしくね!
自己紹介
「さわにい」といいます。元中学理科の教員。
現在は毎月30万人が利用する理科サイトの運営者です。
登録者8.5万の教育YouTuberでもあります。
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力の分解とは
力の分解とは、1つの力を2つ以上の力に分けることだよ。
また、分解によって分けられた力のことを分力というよ。
力Fをaとbの方向へ分解したとしよう。
この場合、下の図の2つの力の矢印が分力となるんだよ。
力の分解、分力。しっかり覚えておきます!
力の分解の作図
では続いて、力の分解の作図の方法を見ていこう。
力Fをa方向とb方向に分解してみよう。
力の分解は、平行四辺形を作図すると簡単に行うことができるんだ。
平行四辺形?
うん。まずは力Fの先端を通り、aと平行な線を書いてみよう。
すると、下の図のようになるね。
続いては、力Fの先端を通り、bと平行な直線を書いてみよう。
すると、図のようになるね。
これで、平行四辺形を書くことができたね。
平行四辺形の辺が分力となるよ。
力の分解はすべてこの手順で行うことができるよ。
しっかりと練習してね!
了解です!!
斜面上の物体にはたらく重力の分解
では続いて、斜面上の物体にはたらく重力の分解を考えていこう。
ねこ吉。
下の図のような、急な斜面と緩やかな斜面の上に物体があった場合、どちらのほうが早く滑り落ちるかな?
それはもちろん急な斜面だね!
だけど、どちらの物体もかかる重力は同じだよね?なぜ急な斜面の方が早く滑り落ちるのかな?
理由を説明できる?
うーん、理由は説明できないな…。
その理由を、力の分解を元に考えていこう!
まず、斜面上にある物体に働く重力の分解は
- 斜面に平行は方向
斜面に垂直な方向
に分解するよ。これは必ず覚えておこう!
斜面上にある物体の重力の分解は、「斜面に平行な方向」「斜面に垂直な方向」に分解する!
つまり、それぞれこのような向きに分解すればいいんだね!
では、重力をこの2つの方向へと分解してみよう。
分解するには、平行四辺形を書けばよかったね!
まずは平行四辺形を書いて…。
それぞれの辺が分力になるように、力の矢印を書けばいいね!
これで力の分解は完成だね。
図があると力の分解が難しく感じるけど、やっていることは力の分解の基本的な問題と同じだね!
(以下は力を残して図だけ見えなくした図)
さて、ここで注目してほしいポイントがあるんだ。
それは、重力の大きさは同じでも、斜面方向にはたらく力は急な斜面のほうが大きい!
ということだよ。
ほんとだ!
滑り落ちる力が、図1のほうが大きいから、斜面が急な方が早く滑り落ちるんだね。
これはボールなどの丸い物体でも、全く同じだよ!
だけど先生、斜面に垂直な力はどうなるの?
斜面に垂直な力は、斜面が物体を支える力(垂直抗力というよ)とつり合っているよ。
だから斜面に垂直方向には物体は移動せず、斜面と平行な方向に物体が移動するんだね!
なるほどです!
まとめ
これで力の分解の解説を終わるよ。
- 力の分解の仕方
- 斜面にはたらく重力の分解
しっかりと確認しておこうね!
さわにいは、登録者8.5万人の教育YouTuberです。
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またねー!
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