力

力（force）は、物体の運動状態を変化させたり、変形させたりする相互作用を表す物理量である。

ニュートン力学

質量 m の物体に合力 F が作用すると、加速度 a は F=ma に従う。力は大きさと向きを持つベクトル量である。

力の種類

重力、電磁気力、接触力、摩擦力、張力などがある。巨視的な接触力の多くは原子・分子間の電磁的相互作用に由来する。

作用反作用

2物体が相互作用するとき、一方が他方へ及ぼす力と、他方が一方へ及ぼす力は大きさが等しく向きが反対になる。

自由物体図で力を整理する

対象の物体だけを取り出し、重力、垂直抗力、張力、摩擦力など外部からの力を矢印で描く。運動の向きに必ず力が働くわけではなく、力が決めるのは速度の変化である。等速直線運動では合力が0でもよい。質量の単位kgと力の単位Nも区別する。

例：斜面上の重力を分解する

傾斜角30度の摩擦のない斜面では、重力の斜面方向成分はmg sin30°=mg/2となる。したがって加速度はg/2=4.9 m/s²。垂直方向に他の力がなく斜面から離れないなら、垂直抗力はmg cos30°である。常に垂直抗力がmgに等しいわけではない。

静止摩擦と作用反作用

静止摩擦力は常にμₛNではなく、滑りを防ぐのに必要な大きさに変化し、最大値がμₛNである。作用反作用の一対は異なる物体へ作用するため、一つの物体の運動方程式で打ち消してはいけない。床の上の本に働く重力と垂直抗力は同じ物体上でつり合うが、互いに作用反作用の組ではない。

関連項目