物理 物体 に 働く 力: 【ケンタッキー】カーネル・サンダースの失敗＆成功ロード | シマテイエン
807 m s −2) h: 高さ (m) 重力による 力 F は質量に比例します。 地表近くでは、地球が物体を引く力は位置によらず一定とみなせるので、上記のように書き表せます。( h の変化が地球の半径に比べて小さいから) 重力による位置エネルギー (宇宙スケール) M: 物体1(地球)の質量 (kg) m: 物体2の質量 (kg) G: 重力定数 (6.
- 【高校物理】「物体にはたらく力」(練習編) | 映像授業のTry IT (トライイット)
- 物体にはたらく力の見つけ方-高校物理をあきらめる前に｜高校物理をあきらめる前に
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【高校物理】「物体にはたらく力」(練習編) | 映像授業のTry It (トライイット)
力のモーメント 前回の話から, 中心から離れているほど物体を回転させるのに効率が良いという事が分かる. しかし「効率が良い」とはあいまいな表現だ. 何かしっかりとした定義が欲しい. この「物体を回転させようとする力」の影響力をうまく表すためには回転の中心からの距離 とその点にかかる回転させようとする力 を掛け合わせた量 を作れば良さそうだ. これは前の話から察しがつく. この は「 力のモーメント 」と呼ばれている. 正式にはベクトルを使った少し面倒な定義があるのだが, しばらくは本質だけを説明したいのでベクトルを使わないで進むことにする. しかし力の方向についてはここで少し注意を入れておかないといけない. 先ほどから私は「回転させようとする力」という表現をわざわざ使っている. これには意味がある. 力がおかしな方向に向けられていると, それは回転の役に立たず無駄になる. それを計算に入れるべきではない. 次の図を見てもらいたい. 青い矢印で描いた力は棒の先についた物体を回転させるだろうが無駄も多い. この力を 2 方向に分解してやると赤と緑の矢印になる. 赤い矢印の力は物体を回転させるが, 緑の矢印は全く回転の役に立っていない. つまり, 上の定義式での としては, この赤い矢印の大きさだけを代入すべきなのだ. 「回転させようとする力」と言ってきたのはこういう意味だったのである. 力のモーメント をこのように定義すると, 物体の回転への影響を表しやすくなる. 【高校物理】「物体にはたらく力」(練習編) | 映像授業のTry IT (トライイット). 例えば中心からの距離が違う幾つかの点にそれぞれ値の違う力がかかっていたとして, それらが互いに打ち消す方向に働いていたとしよう. ベクトルを使って定義していないのでどちら向きの回転をプラスとすべきかははっきり決められないのだが, まぁ, 適当にどちらかをプラス, どちらかをマイナスと自分で決めて を計算してほしい. それが全体として 0 になるようなことがあれば, 物体は回転を始めないということになる. また合計の の数値が大きいほど, 勢いよく物体を回転させられるということも分かる. は, 物体の各点に働くそれぞれの力が, 物体の回転の駆動に貢献する度合いを表した数値として使えることになる. モーメントとは何か この「力のモーメント」という言葉の由来がどうも謎だ. モーメントとは一体どんな意味なのだろうか.
物体にはたらく力の見つけ方-高校物理をあきらめる前に｜高校物理をあきらめる前に
角速度、角加速度 力や運動量を回転に合わせて拡張した概念が出てきたので, 速度や加速度や質量を拡張した概念も作ってやりたいところである. しかし, 今までと同じ方法を使って何も考えずに単に半径をかけたのではよく分からない量が出来てしまうだけだ. そんな事をしなくても例えば, 回転の速度というのは単位時間あたりに回転する角度を考えるのが一番分かりやすい. これを「 角速度 」と呼ぶ. 回転角を で表す時, 角速度 は次のように表現される. さらに, 角速度がどれくらい変化するかという量として「 角加速度 」という量を定義する. 角速度をもう一度時間で微分すればいい. この辺りは何も難しいことのない概念であろう. 大学生がよくつまづくのは, この後に出てくる, 質量に相当する概念「慣性モーメント」の話が出始める頃からである. 定義式だけをしげしげと眺めて慣性モーメントとは何かと考えても混乱が始まるだけである. また, 「力のモーメント」と「慣性モーメント」と名前が似ているので頭の中がこんがらかっている人も時々見かける. しかし, そんなに難しい話ではない. 慣性モーメント 運動量に相当する「角運動量 」と速度に相当する「角速度 」が定義できたので, これらの関係を運動量の定義式 と同じように という形で表せないか, と考えてみよう. この「回転に対する質量」を表す量 を「 慣性モーメント 」と呼ぶ. 本当は「力のモーメント」と同じように「質量のモーメント」と名付けたかったのかも知れない. しかし今までと定義の仕方のニュアンスが違うので「慣性のモーメント(moment of inertia)」と呼ぶことにしたのであろう. 日本語では「of」を略して「慣性モーメント」と訳している. 物体にはたらく力の見つけ方-高校物理をあきらめる前に｜高校物理をあきらめる前に. 質量が力を加えられた時の「動きにくさ」や「止まりにくさ」を表すのと同様, この「慣性モーメント」は力のモーメントが加わった時の「回転の始まりにくさ」や「回転の止まりにくさ」を表しているのである. では, 慣性モーメントをどのように定義したらいいだろうか ? 角運動量は「半径×運動量」であり, 運動量は「質量×速度」であって, 速度は「角速度×半径」で表せる. これは口で言うより式で表した方が分かりやすい. これと一つ前の式とを比べると慣性モーメント は と表せば良いことが分かるだろう. これが慣性モーメントが定義された経緯である.
【学習アドバイス】 「外力」「内力」という言葉はあまり説明がないまま,いつの間にか当然のように使われている,と言う感じがしますよね。でも,実はこれらの2つの力を区別することは,いろいろな法則を適用したり,運動を考える際にとても重要となります。 「外力」「内力」は解答解説などでさりげなく出てきますが,例えば, ・複数の物体が同じ加速度で動いているときには,その加速度は「外力」の総和から計算する ・複数の物体が「内力」しか及ぼしあわないとき,運動量※が保存される など,「外力」「内力」を見わけないと,計算できなかったり,計算が複雑になったりすることがよくあります。今後も,何が「外力」で何が「内力」なのかを意識しながら,問題に取り組んでいきましょう。 ※運動量は,発展科目である「物理」で学習する内容です。
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