力
押す力と引く力、摩擦や重力、そして力と運動を結びつけたニュートンの三つの法則を扱います。運動実験室では地球、月、火星で振り子を揺らし、測った周期を式と比べます。
このコースについて
力はベクトルなので向きが重要です。2人が台車を同じ向きに30 Nと20 Nで引けば合計50 Nですが、反対向きなら強いほうへ30 − 20 = 10 Nです。直角に働く力は、直角三角形の辺として合成します。東へ3 N、北へ4 Nなら、北東へ5 Nになります。
6つの単元は、力とは何か、ニュートンの運動の3法則、摩擦、重力と重さ、振り子、仕事とエネルギーの入門です。ニュートンは1687年の『プリンキピア』に3法則を示しました。第3法則の一対の力は別々の物体に働くため、互いを打ち消しません。馬と荷車が動くのは、馬の加速が、ひづめを押す地面の力を含む、馬に働くすべての力で決まるからです。摩擦は接触面積にほとんど依存せず、れんがは平らに置いても細い端で置いても、ほぼ同じ摩擦で滑ります。質量70 kgの人の重さは地球で約687 N、火星で260 N、月で113 Nですが、質量はどこでも同じです。
運動の実験室では地球、月、火星で振り子を揺らし、周期を公式と比べます。OpenStaxの式はT = 2π√(L ÷ g)で、おもりの質量は含まれません。したがって同じ長さなら、重いおもりも軽いおもりも同じ周期です。地球の長さ1.00 mの振り子ではT ≈ 2.006 sです。逆に、長さ75.000 cmの振り子の周期が1.7357 sなら、g ≈ 9.828 m/s²と求められます。
はじめる前に
力は、運動が説明するような動きがなぜ起こるかを説明するので、そのコースが自然な第一歩で、特に加速度の単元が大切です。F = ma と振り子の平方根も使いますが、基本的な代数で足ります。ほかに必要なものはありません。
終わったら
力を足し合わせて合力を求め、ニュートンの第2法則で力と質量から加速度を出し、摩擦に逆らって木箱を動かし始めるのに必要な力を計算できるようになります。地球、火星、月での質量と重さを区別し、振り子の周期を計って式と比べ、袋を棚に持ち上げる仕事を計算できます。
- 1力とは何でしょうか1ニュートンは、手に持った小さなリンゴに働く重力ほどの大きさです。
- 2ニュートンの運動の三法則質量1,200 kgの車を3 m/s²で加速させるには、3,600 Nの合力が必要です。
- 3摩擦力乾いたコンクリート上を滑るタイヤの摩擦係数は約0.7ですが、ぬれたコンクリートでは約0.5に下がります。
- 4重力と重さ質量70 kgの人に働く重力は、地球では約687 N、火星では260 N、月では113 Nです。質量はどこでも同じです。
- 5振り子長さ99.4 cmの振り子は、一往復に2秒、片道に一秒かかります。
- 6仕事とエネルギーの基礎2 kgのかばんを高さ1.5 mの棚に持ち上げるには約29ジュールの仕事が必要です。落ちると、かばんは同じ29 Jを放出します。
このコースの出典 (10)
- OpenStax College Physics 2e, chapter 4 (Newton's laws)
- 5.1 (Friction, Table 5.1 coefficients)
- 5.2 (Drag)
- 7 (Work and energy)
- 16.4 (The simple pendulum, worked example 75.000 cm and 1.7357 s) (openstax.org/books/college-physics-2e)
- NIST CODATA standard acceleration of gravity 9.80665 m/s² and Newtonian constant of gravitation (physics.nist.gov/cuu/Constants)
- NASA Moon and Mars Fact Sheets (surface gravity 1.62 m/s²; Mars 3.69 to 3.73 m/s²; Earth GM 0.39860 × 10⁶ km³/s², mean radius 6371 km; Earth surface acceleration 9.78 equator, 9.83 pole) (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/)
- Newton, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)
- Galileo, Two New Sciences (1638)
- American Physical Society, "Christiaan Huygens Patents the First Pendulum Clock" (aps.org/apsnews/2017/06/huygens-patents-first-pendulum-clock).
確認日: 2026-10-17