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なぜ 重力=垂直抗力+張力なのですか?

理科 力の向き 力の大きさ 作用点 力の働き

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✨ Best Answer ✨

必ずしも成り立つわけではないので、そういう覚え方はよくないと思います。どういう状況なのか図を見せてほしいです。

海 未 🕊

これです!

ブドウくん

図1のときは、机の上で静止しています。(机に対して垂直な方向について)
物体が静止しているときや、慣性の法則により等速直線運動を行っているとき、物体はその方向についてつりあいが成り立っています。つりあいが成り立つというのは、すなわち合力が0であるということです。
物体に加わる力は、接触することにより発生する「接触力」と、接触しなくても発生する「場の力」(重力や静電気力、万有引力など)というのがあります。この物体には、まず場の力として重力が下向きにかかっているので書き込みます。そして、物体のまわりをなで回してみると糸と机に接触していることがわかります。そこには接触力がはたらきます。
ここで接触力で大切なことは、「AがBを押す/引く力」という言い方では、力がかかっているのは物体Bであるということです。つまり、作用点は物体Bにあります。
糸と物体の間にはたらく接触力として、糸が物体を引く力と物体が糸を引く力があります。この2つは糸と物体の間でお互いにやりとりしあっている力なので作用反作用の関係にあります。しかし、今考えているのは物体に加わる力だけなので、糸が物体を引く力だけを考えます。この糸が物体を引く力のことを特別に糸の張力といいます。
一方で、床とは接触力として床が物体を押す力と物体が床を押す力がかかっています。2つは作用反作用の関係です。これについても、床が物体を押す力だけを考え、この力を特別に抗力といいます。(厳密には、抗力の垂直成分が垂直抗力)
よって、図示すると下向きに重力、上向きに張力と垂直抗力がはたらくので、この合力が0ということは重力=張力+垂直抗力となります。
問題の流れをまとめておくと
①最初は机のうえで釣り合いを保っていて静止しています。だから、重力一定なので、張力を大きくするにつれて、抗力は小さくなっていきます。
②そのまま張力を大きくするとついに抗力が0となります。それ以降も張力を大きくすると重力よりも大きくなったときに上向きに加速していきます。釣り合いを保って上昇させているので(実際には張力10.001Nと重力10Nみたいな感じでほぼ釣り合いとみなせるように上昇させているということ)張力は変化しません。

ブドウくん

図にするとこんな感じです。
※2物体の境界線に書くやり方は余計に意味わからなくなるので推奨しません。

海 未 🕊

AやBというのは、この問題で言う机と物体でしょうか?

ブドウくん

糸と物体もそうです。

海 未 🕊

張力を強くしていくと重力よりも大きな力になるので、物体が持ち上がるようになるということですかね?

ブドウくん

理論的にはそうです。
でも、「釣り合いを保ちながら上昇させた」と書いていたら、それは2力がつりあっているとして考えます。

海 未 🕊

そうなんですね…
ありがとうございます!

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