高校物理 要点・解法ノート
必須

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)
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)
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。

「力とつりあい・剛体」の項目

  1. 力の種類と見つけ方必須
  2. フックの法則(ばねの弾性力)必須
  3. ばねの直列・並列つなぎ差がつく
  4. 作用・反作用と「つりあい」の区別必須
  5. 力の分解(斜面の重力)必須
  6. 力のつりあいの式必須
  7. 静止摩擦力と最大静止摩擦力必須
  8. 力のモーメント必須
  9. 剛体のつりあいの2条件必須
  10. 重心の位置差がつく
  11. 倒れる条件と滑る条件差がつく
  12. 平行でない3力のつりあいは1点で交わる差がつく
  13. ラミの定理不要

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