作用反作用の法則を3つの例を見ながら解説!

力学
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taniten
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今回は作用反作用の法則について解説するよ!

よく聞く法則だけど、実際どんな所で働いているんだろう?

ふうた君
ふうた君
taniten
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例も交えながら解説していくね!

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作用反作用の法則

次回以降の記事から具体的な力の解説をしていくのですが、まずは力の話をする上では欠かせない、「作用反作用の法則」について知っておきましょう。

作用反作用の法則は力の一般的な性質で、いついかなるときでも働きます。

以下のように壁に押し付けられている物体を考えます。

図の左側から物体に力を加えると、物体は壁に押し付けられた状態になりますね。

taniten
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ちなみに僕は、力が働く面や点(上図では物体と壁の間)は見やすいようにわざと間隔をあけて書く派だよ!

このとき物体が壁に及ぼす力を\(\vec{F}\)とすると、壁からも物体に力が働きます。
この力を\(\vec{F’}\)とします。

作用反作用の法則とは、\(\vec{F}=-\vec{F’}\)であることを意味する法則です。

つまり2つの物体があって一方がもう一方に力(作用)を及ぼしている場合、同じ大きさで逆向きの力(反作用)が働くのです。
これが「作用反作用の法則」で、どんな物体の間でも成り立ちます。

taniten
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次に、作用反作用の法則の例を見ていきましょう!

作用反作用の法則の例

文章だけだとイメージしづらいと思うので、いくつか例を見てみましょう。

机の上の物体

机の上の物体が机に大きさ\(F\)の力(作用)を及ぼしているとき、作用反作用の法則により机から物体には力\(F’\)(反作用)が働きます。

別の記事で詳しく書きますが、これらの力\(F,F’\)は垂直抗力とよばれる力で、その大きさは物体に働く重力と等しくなります。

taniten
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重力と垂直抗力が作用反作用の関係にあるわけではないから気をつけてね!

紐で吊るされた球

天井から紐で吊るされている球には重力が働いて、それを打ち消すように張力\(F\)(作用)が働きます。

作用反作用の法則から、同じ大きさで逆向きの力\(F’\)(反作用)が紐に働きます。

さっきと同じように、重力と張力が作用反作用の関係なわけではないんだね!

ふうた君
ふうた君

重力の反作用って?

最後の例として重力の反作用について考えてみましょう。

机の上の物体には重力と垂直抗力が働きますが、先ほど書いたように重力の反作用は垂直抗力ではありません

実は重力\(F\)の反作用\(F’\)は、下図のように地球に働いているのです。

図では人間がかなり巨大に描かれていますが、地球に比べるとめっちゃ小さいです。

したがって地球にとって人間から受ける力\(F’\)は微々たるものなので、公転や自転に影響をほとんど与えません。

taniten
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地球に僕らが力を及ぼしてるなんて、壮大でなんかかっこいいね。

まとめ

2つの物体があり、物体Aが物体Bに力(作用)を及ぼしているとき、物体Aには大きさが等しくて逆向きの力(反作用)が働く。
これを「作用反作用の法則」という。
taniten
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力学の問題を解くときに結構こんがらがるところだから、徐々に慣れていこう!

演習を繰り返していくしかなさそうだね。

ふうた君
ふうた君

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