はじめに
今回から力と運動の法則について解説していきます。
中学校理科で力の3要素を習っているはずです。
覚えていますか？
「力は大きさ・向き・作用点の3つの要素を決定しないとそのはたらきが決まらない」とあります。
こんなことをいちいち細かく覚えておく必要はありません。
大切なのは次です。
力とは
力とは何でしょう。
皆さん色々なイメージを持っていると思います。
物理においては力とは次のように考えています。
物体に力が生じていることは次のことが特徴として現れます。
- 物体の運動の様子が変化している（加速度が生じている）
- 物体が変形している
上記のことが確認できる場合に物体に力が生じていると言うことができます。
しかし高校物理において「物体が変形する」という状況は基本的に想定していません。
そのため皆さんが考えるべき物は「物体の運動の様子が変化している」です。
力は\( F \)で表されます。フォースのことですね。単位はN（ニュートン）です。
何から力がはたらくのか
ここで皆さんに質問です。
「○○力」というものを多く出してください。
私がよく生徒相手に行う質問です。
絶対に途中から大喜利になります（笑）
物理においては「重力」「垂直抗力」「弾性力」「摩擦力」「浮力」「抵抗力」「万有引力」などが力と呼ばれます。
力の書き方は以下の通りです。
力のつり合い
上記にあげた力をいくつか例に出して力のつり合いを考えていきましょう。
ます、力がつり合っている状態とはどのような状態でしょうか？
多くの人が「静止している状態」と答えます。
間違ってはいませんが、半分正解といった感じですね。
「等速直線運動」をしている物体も力がつり合っている状態と言えます。
これはとても大切な考え方ですので必ず頭に入れておいてください。
フックの法則
つり合いの例として中学校理科でも扱う「フックの法則」を考えましょう。
基本的にバネの弾性力を計算するための公式ですね。
$$ F = kx $$
\( k \)は「バネ定数」と呼ばれる物理量で、簡単に言うと「バネの堅さ」を表しています。
\( k \)の値が大きいほど堅いバネだということです。
物体が重力に引かれて落ちようとする力とバネが元の状態に戻ろうとする力がつり合っているために、物体が静止しているんですね。
垂直抗力
水平な面に置かれた本などは、重力と逆向きの垂直抗力によってつり合いを保っています。
上述の通り、力の書き方には約束があります。
しかし本来はどこから矢印を書いてもいいはずです。
しかし、わかりやすさや統一感を意識して矢印の書き方があります。
約束には従うとしても、本当に重力が真ん中から発生しているわけではないことを知っておいてください。
その方が分かりやすいというだけです。
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まとめ
力とは「物体の運動の様子を変化させる（加速度を生じさせる）」ものです。
物理においては「重力」「垂直抗力」「弾性力」「摩擦力」「浮力」「抵抗力」「万有引力」などが力と呼ばれ、矢印を用いて力を表します。
力がつり合っている状態とは「静止」もしくは「等速直線運動」をしている状態である。
今回は以上です。次回は運動の3法則についてです。
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