【高校・物理基礎】力の種類と運動の法則《重力、張力、垂直抗力、摩擦力、弾性力、圧力、浮力、運動の３法則、運動方程式etc》

力とは：物体の運動の状態の変化や物体の変形の原因となるもの。

★重力：gravity
重力：地球が物体を引き付ける力
重さ：weight　質量 ｍ[kg] の物体にはたらく重力の大きさ（重さ）は　ｇ×ｍ（単位：[N])
(g ：重力加速度）

★張力：tension
張力：糸やひもなどがピンと張っているときに，物体に及ぼす力
＊糸がたるんでいるときには張力なし。

★垂直抗力：Normal Force
物体が床などの面に接しているときに，面から受ける力のうち，垂直な方向の力

★弾性力：elastic force
ばねなどが変形したときに，もとに戻ろうとする力その大きさはフックの法則に従う。
弾性力Fは、ばねの伸びｘに比例する。
F＝ｋｘ
F：弾性力[N]
k：ばね定数[N/m]
x：ばねの伸びまたは縮み[m]）

その他、★浮力F、★摩擦力R、★空気抵抗Fは後述。

物体にかかっている力の和（合力）が０であるとき，これらの力はつりあっているという。
力がつりあっているとき，物体は静止または等速直線運動をする。

つり合いの問題では、
鉛直（たて）と水平（よこ）で、それぞれ「鉛直の力の和＝０」「水平の力の和＝０」の方程式を立てる。
斜めの力も、分解によってたてとよこに変換することができる。

分解のやり方は、直角三角形を作り、三角関数の知識を使う。

運動の法則の比例定数ｋを無くすために、計算しやすいようにFについて定義した。

力の大きさF は、
「1kg の物体に対して大きさ 1m/s² の加速度を生むような力の大きさを 1N」と定義する。

このように定義すると、a=1,m=1,F=1を代入すると、k=1が成立するので、kを考えなくて良い。

よって、比例定数ｋを排除した式　F（原因）=ma（結果）　が運動方程式となった。
この式の意味は、「物体に F（原因）を加えると、加速度a が生じる」という意味。

イメージ例　
10Nで押しても動かないとき、静止摩擦力は10N（∵静止しているので、ヨコ方向のつり合いが生じており、押したF＝静止摩擦力Rとなるから）
15Nで押しても動かないとき、静止摩擦力は15N
20Nで押して動いた場合、動いた以上静止摩擦力は0Nとなる。
すべり出す直前の静止摩擦力を最大摩擦力という。

最大摩擦力（Rmax）の大きさは，垂直抗力 N に比例することからその式は、
$ Rmax = μN $
＊摩擦力：Friction、Resistance
＊μ（ミュー）：静止摩擦係数　ザラザラ度合のこと。
＊静止摩擦力Fは、滑り出す直前に最大をむかえるので、その時だけ R に μN を代入できる。
＊垂直抗力Ｎの大きさは、基本的に重力の大きさmg（重さ）で良い。質量ｍが与えられたら、重力加速度ｇを掛け算してＮを求める。

動摩擦力の特徴
①　物体が面に対してすべっているときに作用
②　状況によらず，その大きさは一定　

動摩擦力＝動摩擦係数×垂直抗力
＊動摩擦係数とは、その物体のザラザラ度合のこと。

圧力
ある面に対し，垂直にかかる力が単位面積あたりどの程度なのかを表す量を圧力という。
＊分子が重力である場合は、ｍ[kg]×重力加速度[m/s^2]＝Ｎの計算をすることになる。
＊分母の単位に注意

浮力・アルキメデスの原理
流体中の物体は，それが「押しのけている流体の重さ」に等しい大きさの浮力を受ける。
＊「押しのけている流体の重さ」…ｍｇ＝流体の質量（流体の密度×物体の体積）ｍ×重力加速度ｇ
＊水面に浮かんでいる、つまり、重力と浮力がつりあっている式を立てる。
＊【注意】物体の体積（液体に入っている部分だけ）と液体の体積を区別する！
＊【注意】物体の密度と液体の密度を区別する！
＊浮力の反作用は、「物体が液体を押す力」
＊水圧の話は、ρVgの公式の中に組み込まれているので気にしなくて良い。

空気抵抗の大きさは，物体の速さに比例する。
＊物体の速さがあまり大きくない範囲の話
＊速さが増加していくと、空気抵抗も増加することから、やがて加速度が０になり、加速しないので速度は一定値となる。このとき、速度が動いていないので、重力大きさｍｇと空気抵抗ｋｖがつりあっている状態といえる。

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