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中学「理科1分野」の「力:力の合成と分解」分野の学び方

中学「理科1分野」の「力:力の合成と分解」分野の学び方のコツをご紹介します。

力の合成

力の合成とは

力の合成とは、2つ以上の力が合わさったときに、対象物に対してどれくらいの仕事が出来るのかをあらわしたものです。まずは、2つの力を合わせて最大の仕事が出来る場合はどのようなものなのかを見てみましょう。

力が同じ方向に働く場合

それがこの状態です。同一直線上で2つの力が同じ方向に向いて働いています。

このとき、合力=100kg+200kg=300kgとなります。

力が逆方向に働く場合

この場合を見てみましょう。お互いが反対側に向かって力を加えています。この場合、100kgの力で抵抗しても200kgの力には勝てませんので、その差である100kgの力が合力になります。

このとき、合力=200kgー100kg=100kgとなります。

力の分解と、分力を求める方法

力の分力とは

力の合成とは逆に、ある力を複数の力に分解することができます。分解して得られた力を分力と言います。

力の分解の問題では、力の向きが異なった2つの力に分解する問題が多いですので、その解き方をご紹介します。

分力の求め方

上の図では、紫の力を出すために、赤と青がどれだけの大きさの力で仕事をすれば良いのかを求めたいと思います。これは、赤と青の力を辺として、合力を対角線にした平行四辺形をかくことで求められます。

このようになります。合力がかかっている部分に接する平行四辺形の内角が0°に近くなればなるほど、前述した「力が同じ方向に働く場合」の状態に近づき、同じ方向に力が働くため、より小さい分力2つで紫の力を生み出せることがわかります。

逆に内角が180°に近づけば近づくほど、前述した「力が逆方向に働く場合」の状態に近づき、力が相殺されるため、紫の力を生み出すには、より大きい分力が必要であることがわかります。

おわりに

力の角度や向きによって、行われる仕事の量に違いが出るというのは実社会にも通じるものがありますね。

(image by amanaimages)
(image by 筆者)

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