２物体以上絡むと手がつかない人へ
こんにちは。
しょーごです！
まず、下の画像を見てください。
それぞれ摩擦力を考えるとします。
みなさん、
この図をみて迷わずに
力の表示ができますか？？？？
「２物体以上絡むと
手が出ません...」
っていう人いますよね。
ここ、
物理が苦手な人が
よくひっかかるところです。
今日はそんな人のために、
力の表示に困らないコツ
を紹介します。
この記事を読んだあなたは
最初で手が止まることが
なくなります。
もう力の表示で
迷うことはありません。
逆に、
力の表示で
止まってしまうと...
物理壊滅的に
苦手なままです。
力の表示は
運動を扱ううえで
最初に考えなければならない作業です。
ここを間違ってしまうと
当然、後に続く問題も
雪崩式で間違えます。
ですから！
めちゃめちゃ大事なところです。
是非読んでいってください。
ここで、
「そもそも力を表示する前に
力の種類がわかりません。」
「ひとつの物体でも
力の表示ができません」
っていう方は、
↓下のサイトに飛んでください↓
力学で習う力の種類とは？全てまとめてみた【高校物理】 │ 受験メモ
さて、
じゃあ、大切なことって？
って思いますよね。
それは、
問題で与えられた物体について、
それぞれ個別にわけて
考えることです。
それぞれの物体の
気持ちになって
考えましょう。
だって皆さん、
多くの物体が絡むから
ややこしくなるんですよね？？
なら、
個別に考えたらできる。
それだけです(笑)
個別に考えることで、
問題の状況が
みやすくなります。
小さな視点から眺めて
全体を把握するイメージです。
切り離したら、あとは
①接してないときに働く力と
②接してる部分に働く力を
表記すれば終わりです。
ここで
「なんの物体から考えるの？」
と疑問に思うかもしれません。
①最初に力を与えた物体
②①に接する物体
③②に接する物体
・
・
・
というように
考えるようにしましょう。
図でいえば
力Fを加えている物体cから
力を考えることになります。
そして、次は
物体cに接している
物体である物体bの力を
考えることになります。
その次は、
物体bに接している
物体aの力を考えます。
わかりますね？
それじゃあ、
冒頭であげた問題を例に
それぞれの力について考えましょう。
まず、個別に分解すると
次のようになります。
これはただ
切り離しただけですね。
それでは具体的に
それぞれの物体に働く力
についてみていきます。
今後、見やすくするために
ベクトルの大きさは
適当に書きます。
また、
垂直抗力をN
摩擦力をｆ
で表します。
①接していないときに働く力
これは力学では主に重力です！
遠心力も働いていたら表記します。
電気の分野では電場もよくでてきます。
今回は重力だけですね。
②接しているときに働く力
これは、主に垂直抗力と摩擦力です。
では、力Fが働いている物体cから
考えましょう。
垂直抗力は
作用反作用の法則によって、
面から垂直に受ける力でしたね。
作用反作用の法則が微妙な人は
↓下のサイトに飛んでください。↓
なので、物体cは
地面と物体bから
垂直抗力を受けます。
さあ、続いて摩擦力ですが...。
摩擦力がわからない人、
多いんじゃないでしょうか。
摩擦力の細かいことについては
↓下のサイトに飛んでください。↓
ここでは簡単に紹介します。
摩擦力とは、運動する向きに対して
反対向きに働く力のことです。
なので、
物体cは力Fの影響で
右向きに進もうとするので、
それを妨げる向き(左向き)
に摩擦力が働きます。
以下の画像の通りです。
物体cに働く力はこんなものです。
次は、
物体cに接する物体ｂについて
考えるのでしたね。
垂直抗力はもう大丈夫ですね。
表示すると次のようになります。
続いて摩擦力です。
ここめっちゃ悩みますよね。
ここで使うのが
作用反作用の法則です。
物体cを考えたとき、
左向きに摩擦力f2が
働いていたのだから...。
作用反作用の法則から
物体bには右向きに
同じ大きさの摩擦力が
働きます。
ちょっと最初はムズイので
実験的に納得してもらいましょう。
右手を下、
左手を上に重ねてみてください。
右手をある方向に動かしてください。
今、右手の気持ちになります。
すると進めた方向と逆向きに
左手から引っ張られる感じがしません？
これが右手が左手から受ける摩擦力です。
じゃあ、次に
左手の気持ちになりましょう。
すると、
右手と同じ方向に引っ張られる感じが
すると思います。
そう！
これが作用反作用の法則による
摩擦力であり、
左手が動こうとする方向です。
「なるほど、作用反作用の法則の影響で
物体bは次は左向きに動くんでしょ？」
ここまで納得できたら、
次やることが何となく
わかるんじゃないでしょうか。
物体bが右向きに動こうとしているから、
進もうとしている方向と反対向きに
物体bと物体aの間に摩擦力が働くはず。
その通りです！
ここで注意してほしいのは、
物体cと物体bの間の摩擦力は
作用反作用の法則で考えたので
改めて考える必要がないということです。
よく、
次のような間違いをする人がいます。
物体と物体の間に働く力を
考えるのは１回だけです。
さあ、
次に物体aについて考えたいところですが
ここまで理解してくださった方なら
もうできると思います。
自分で手を動かしましょう！！
答えはこんな感じです。
とまあ長くなったので
最後に手順をまとめます。
①物体を切り離す。
②接していないときに働く力を考える。
③接しているときに働く力を考える。
力を考えるときは
①最初に力を与えた物体
②①に接する物体
③②に接する物体
・
・
・
です！！！
では次の場合について
力を表してみてください！！！
真ん中の物体bに力Fを加えた場合です。
最初に力がかかってる物体bから考えて...？
物体aと物体cどっちにも
接しているし次は...？
どちらから考えてもいいです！！！
頑張ろう。
↓答え↓
