質量
の物質を
持ち上げる仕事は、 次のように表されます。
「 持ち上げる 」とは、 物質の位置エネルギーを増やす目的で、 重力に抗して物質に対して仕事をすることです。「 あなたの力だけで、 この物質を
持ち上げてください。」と言われても、 持ち上げることのできない物もたくさんあります。 しかし、 道具を使えばそれが可能になります。(1)
を利用する方法
力のモーメント( トルク )力のモーメントとは、 いわば、 自分の眉間に垂直に半分までねじ入れられた右ネジが、 さらにどれだけ深くネジ入れられようとしているのかを表すものです。 自分にとって右ネジが反時計回りの場合は、 ネジがさらに喰い込んできますし、 逆に時計回りの場合は、 ネジが外れていきます。 力のモーメントを形成する力は、 軸に垂直な平面上の力です。 力のモーメントは、 『 力のモーメントを形成する力が作用する点の、「 その力を含みかつ軸に垂直な平面上 」にある「 軸の中心 」に対する、 位置ベクトル 』 に その力 を外積させたベクトルで表されます。
シーソーを思い浮かべてください。「 作用点から支点( 軸の中心 )までの距離 」の「 力点から支点( 軸の中心 )までの距離 」に対する比率を
倍 とします。 すると、 作用点側の力 が 力点側の力 の
のとき、 作用点側の力による力のモーメント と 力点側の力による力のモーメント とは、 大きさが同じで向きが逆になります。 このとき、 2つの力はつり合っていると言います。 質量
の物質が力点に吊り下げられているときには、 力点には
の力がかかっています。 この場合、 作用点に
の力を加えてその物質を持ち上げることになりますが、 このときには、 作用点を、 物質が持ち上がるときに移動する距離の
倍 の距離だけ、 移動させなければなりません。例 : てこ 変速ギア
動滑車天井にロープの一端を固定し、 その近くの天井に定滑車を固定します。 ロープをまず動滑車に通し、 次に定滑車に通します。 動滑車に質量
の物質をぶら下げます。 ロープを
の力で
の長さ引っ張ると、 物質は
の高さだけ持ち上がります。
パスカルの原理パスカルの原理とは、「 密閉容器中の流体は、 ある部分に受けた圧力をそのままの強さで、 流体の他のすべての部分に伝える。」というものです。
20ccシリンジ( 内腔断面積を
とします )と 100ccシリンジ( 内腔断面積を
とします )を連結管で繋いで、 中を水で満たします。 100ccシリンジを逆立ちさせて、 内筒の末端の円盤の上に質量
の物を置きます。 20ccシリンジの内筒を
の力で
の長さ押すと、 物質は
の高さだけ持ち上がります。例 : 油圧式ジャッキ
傾斜角度
の傾斜を使うと、 垂直に持ち上げるときの
倍 の力ですみます。振り子の最下点で、 毎回、 少しずつ運動方向に力を加えると、 振り子の振幅が増大
していきます。
共振とは、 振動体がその固有振動数に等しい外部振動の刺激を受けると、 振動を
開始したり振幅を増大させたりする現象のことです。
(3) 浮力 ( 邪道 その1 )
船を持ち上げるためには、 船の周りを囲んでプールにして水を入れると、 浮力で船
が持ち上がります。
(4) 磁場 ( 邪道 その2 )
天井に強い磁石を取り付けると、 鉄は、 簡単に持ち上がります。
(5) 加速度 ( 邪道 その3 )
綱が切れて自由落下するエレベーターの中では、 力 0 で物を持ち上げることができ
ます。
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