力・・・物体を変形させたり、物体の速度を変えたりするはたらき

力・・・物体を変形させたり、物体の速度を変えたりするはたらき

力はベクトル（向きと大きさを持つ）→矢印を用いて表す 合成と分解

つり合いの条件

力の三要素 力の大きさ 力の向き

力のはたらく点（作用点）

作用線＝作用点を通り、力の方向に引いた直線

（ニュートンの）運動の三法則 １． 慣性の法則

物体に力がはたらかない（または、はたらいている力がつりあっている）とき、静止し ている物体はいつまでも静止を続け、運動している物体は等速直線運動を続ける。

２． 運動の法則

物体に力がはたらくとき、物体には力と同じ向きに加速度（速度の変化）が生じる。加 速度の大きさ

は、はたらく力の大きさ

に比例し、物体の質量ｍに反比例する。

→

３． 作用・反作用の法則

物体

が物体

に力F

を及ぼすと、同時に、物体

は物体

に対して、力

と同一作 用線上にあって、大きさが等しく、向きが反対の力―F

を及ぼす。

問題）以下の現象を説明する法則を上の３つの中から選んで答えなさい。

(1)

スケートリンク上で、物体が同じ速さで滑り続けている。

(2)

車を運転しているとき、急ブレーキをかけると車が止まった。

(3)

壁を思いっきり拳で殴ると、手の骨が折れた。

物体にはたらくいろいろな力

１．重力 ― 地球が物体を引く力（万有引力）

作用点： 物体の重心 向き： 鉛直下向き

大きさ：

（物体の質量 × 重力加速度）

以下の問題で、特に指示がなければ重力加速度の大きさを

として答えなさい。

問）質量

の物体にはたらく重力の大きさを求めなさい。

２．糸の張力 ― （伸びない）糸でつながれた物体が糸に引っ張られる力 作用点： 糸がつながれた点

向き： 物体から糸に向かう方向 大きさ： 糸の両端で等しい

３．抗力 ― 物体が水平面（床や壁）から受ける力。以下の（１）と（２）の合力。

（１）垂直抗力

向き： 水平面と垂直で、面から物体の方向

大きさ： 物体が面に及ぼす力の大きさに等しい（作用・反作用の法則）

問）水平面上に質量

の物体が置かれて静止している。物体にはたらく垂直抗力の向き と大きさを求めなさい。

（２）摩擦力 ― 物体が粗い（ざらざらした）面から受ける力。

① 静止摩擦力（物体が面に対し静止している場合）

向き： 水平面に平行で、面に対し物体を動かそうとする力の向きと逆向き 大きさ： 面に対し物体を動かそうとする力の大きさと同じ。

静止摩擦力の大きさの最大値（限界値）Ｆ

は垂直抗力の大きさＮに比例する →

Ｎ（μ

：静止摩擦係数） 。このときの摩擦力を最大摩擦力という。

問）水平面上に質量

の物体が置かれて静止している。この物体に水平な力

を加え、

その大きさを徐々に大きくしていったところ、

を超えた瞬間に動き始めた。静止摩擦 係数を求めなさい。

② 動摩擦力 （物体が面に対し動いている場合）

向き： 水平面に平行で、物体の（面に対する）運動方向と逆向き

大きさ： 垂直抗力の大きさＮに比例する。（物体を引く力や物体の速度によらない） Ｆ

＝μ’Ｎ（μ’を動摩擦係数という。一般にμ’<μ

）

問）粗い水平面上を質量

の物体が東向きにすべっている。動摩擦係数を

とする

とき、動摩擦力の向きと大きさを求めなさい。

４．ばねの弾性力 ― 物体につながれたばねの弾性が物体に及ぼす力。

作用点： ばねがつながっている点

向き： 物体からばねに向かう方向（伸びているばね）または、ばねから物体に向かう方 向（縮んでいるばね） 。

大きさ： ばねの自然長からののび

に比例する。弾性力の大きさＦ=kx （フックの法則）。

このとき、k をばね定数（単位：ニュートン毎メートル [N/m]）という。

問）水平に置かれたばね定数

のばねの一端を壁に固定し、他端を

の大きさの 力で壁と逆向きに引っ張った。このとき、ばねの伸びを求めなさい。

また、このばねを壁から外し、両端を同じ

の大きさの力で左右に引っ張った。このと き、ばねの伸びを求めなさい。

物体が静止しているとき、物体にはたらく力𝐹⃗

の合力は0

である（力がつり合っている、と いう）。

∑ 𝐹⃗𝑖 𝑖

= 0⃗⃗

練習問題１）

（１）下図において、物体Ａ、Ｂにはたらく力をその名称とともにかきいれよ。ただし、床 面はなめらかであるとする。

（２）物体が静止しているとき、（１）でかきいれた力のうち、つり合っているものはどれ とどれか。

（３）

２． （１）下図において、物体Ａにはたらく力をすべて、その名称とともにかきいれよ。た だし、物体は静止しているものとする。

Ａ

Ｂ

伸びているばね

（２）斜面の角度θを大きくしていくと、ある角度θ

（摩擦角という）で物体は動き始め た。θ

と静止摩擦係数μ

の関係式を求めよ。ただし、重力加速度の大きさを𝑔とする。

解）垂直抗力の大きさを

とする。物体が動き始める直前の斜面に対して水平方向のつり 合いの式は

m𝑔 sin𝜃₀= 𝜇₀N…(1)

一方、斜面に対して垂直方向の力のつり合いの式は

…(2)

(1),(2)よりN

を消去すると、𝜇

Ａ 粗い面

θ