力のつりあいの式
着眼点静止(または等速直線運動)なら合力0。直交する2方向に分けて、それぞれ「+向きの力の和=-向きの力の和」で書く。
\sum F_x=0,\qquad \sum F_y=0
軸の取り方: 未知の力ができるだけ軸に乗る向き(斜面なら斜面に平行・垂直)にとると式が簡単になる。
例題
1
質量 1.0\ \mathrm{kg} のおもりを2本の糸でつるした。2本とも鉛直から 60^\circ 傾いて左右対称になっている。各糸の張力を求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2} とする。
解答
鉛直方向: 2T\cos60^\circ=mg より T=mg=9.8
9.8\ \mathrm{N}(水平方向は対称なので自動的につりあう)
9.8\ \mathrm{N}(水平方向は対称なので自動的につりあう)
2
質量 1.0\ \mathrm{kg} のおもりを、水平な糸1と、鉛直から 30^\circ 傾いた糸2で支えた。それぞれの張力を求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2}、\sqrt3=1.73 とする。
解答
鉛直: T_2\cos30^\circ=9.8 より T_2=\dfrac{9.8\times2}{1.73}=11.3\cdots
水平: T_1=T_2\sin30^\circ=5.66\cdots
T_1=5.7\ \mathrm{N}、T_2=11\ \mathrm{N}(検算: T_1=mg\tan30^\circ=9.8/1.73=5.66)
水平: T_1=T_2\sin30^\circ=5.66\cdots
T_1=5.7\ \mathrm{N}、T_2=11\ \mathrm{N}(検算: T_1=mg\tan30^\circ=9.8/1.73=5.66)
ポイント張力が mg より大きくなりうること(例1で角度を広げると張力が増える)を確認させると理解が深まる。