垂直抗力とは?垂直抗力の求め方をイラストで徹底解説!

物理 2016.6.10
垂直抗力とは?垂直抗力の求め方をイラストで徹底解説!

今回は垂直抗力を扱います。

物理では、問題を解く過程で垂直抗力がとても頻繁に登場していきます。

なので、垂直抗力が理解できていなければ問題が解けないなんてこともよく起こります。

そんなことにならないように、この記事で垂直抗力をマスターしてしまいましょう!

スマホでも見やすい図・具体例で解説しているので、垂直抗力がまだ全然わかっていない人でも安心です。

この記事を読み終えた頃には垂直抗力については完璧になっているでしょう。ぜひ最後までお読みください!

 

    1:垂直抗力とは?

    垂直抗力とは何なのでしょうか?この章では垂直抗力について見やすい図と具体例で丁寧に解説します。

    垂直抗力とは、物体が面に接して重さの分だけ力を加えているとき、同じ大きさで面から垂直に受ける力のことです。

    垂直抗力とは?解説画像

    ※このような力の「つりあい」および作用反作用の法則については、作用反作用の法則とは?例を用いて丁寧に解説してみたをご覧ください。

    例えば、机の上に本を置いたとします。

    この時、机は本の重さに耐えられずに机が壊れるなんてことは(普通は)ありえませんよね?

    これは、本が机に与える力と同じ力で机が本を押し返しているからです。この力が垂直抗力です。

      2:垂直抗力の求め方(基礎編)

      では、垂直抗力はどのようにして求めるのでしょうか?

      1:垂直抗力とは?でも述べたように、垂直抗力は、上記の机と本の例ですと、本が机に与える力の大きさということになります。

      本が机に与える力の大きさ=重力です。なので、この本の質量が0.5[kg]、重力加速度を9.8[m/s2]とすると、本が机に与える力の大きさ(重力)は0.5×9.8=4.9[N]です。

      したがって、垂直抗力は4.9[N]となります。

      垂直抗力の求め方解説画像

       

      3:垂直抗力の求め方(応用編)

      先ほどの垂直抗力はとてもシンプルな例でした。しかし、物理の問題ではシンプルなことだけ出題されるということはありません。。

      例えば、物体を傾斜がある場所に置いたり、物体を2つ重ねたりした場合の垂直抗力はどうなるのでしょうか??

      この章では少し複雑ですが、非常に重要な垂直抗力の求め方を2つ解説します。どちらも頻繁に出題されるので必ずマスターしましょう!

      傾斜がある場所に置かれた物体の垂直抗力

      図のように、5[kg]の物体を傾斜30°の場所に置いたときの垂直抗力はいくつになるでしょうか?

      垂直抗力・傾斜がある場合その1

      垂直抗力は、物体が面から受ける力の大きさでした。

      傾斜の場合は垂直抗力=重力(mg)とはならないので注意が必要です。

      重力(mg)の力の分解をして、面から受ける力の大きさを求めましょう。以下のように重力(mg)の力を分解します。

      垂直抗力・傾斜がある場合その2

      具体的な数字を当てはめていきます。すると、以下のような値になりますね。

      垂直抗力・傾斜がある場合その3

      ※sinやcosについてまだ理解していない人は以下の記事を参考にしてみてください。

      三角関数の基礎 必ず覚えておかなくてはならない5つの性質

      上の図より、垂直抗力49×cos30°に等しいので、求める垂直抗力は、49×cos30°=49×√3/2=49√3/2・・・(答)となります。

       

      物体を2つ重ねた場合の垂直抗力

      物体を2つ重ねた場合の垂直抗力を考えてみましょう。

      図のように、物体1(1[kg])物体2(2[kg])を重ねます。この時、物体2つの物体にかかる垂直抗力はそれぞれいくらになるでしょうか?

      垂直抗力2物体解説画像その1

      では、イラストを使って解説していきます。

      物体2には自分自身(物体2)の重力mgと、物体1のmgがかかることに注意しましょう。

      よって、物体2の垂直抗力は(1+2)×9.8=29.4[N]となります。

      物体1には自分自身(物体1)の重力mgのみがかかるので物体1の垂直抗力は1×9.8=9.8[N]となります。

      垂直抗力2物体解説画像その2

       

        垂直抗力のまとめ

        今回で垂直抗力について理解できましたか??

        繰り返しになりますが、垂直抗力は頻出なので、この記事で必ずマスターしておきましょう!

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        この記事の執筆者

        ニックネーム:やっすん

        早稲田大学商学部4年
        得意科目:数学