2力のつりあい・作用反作用
静止している物体にも、複数の力が同時にはたらいています。それらが互いに打ち消し合うのがつりあいです。
基本知識
1つの物体にはたらく2つの力がつりあう条件:
① 2力の大きさが等しい
② 2力の向きが反対
③ 2力が同一直線上にある
この3条件すべてが揃うと、物体は静止し続けます。
一方、作用・反作用の法則は別の概念で、「物体Aが物体Bに力を加えると、物体BもAに同じ大きさで反対向きの力を加える」というものです。
違いの核心: つりあいは「同じ物体にはたらく2力」、作用反作用は「異なる2物体間にはたらく力」です。
📘 重要用語
力のつりあい（同じ物体にはたらく複数の力が打ち消し合って動かない状態）
作用・反作用の法則（ニュートンの第3法則。物体間の力は対になる）
合力（複数の力を合成した1つの力）
分力（1つの力を複数の方向に分解した力）
垂直抗力（面が物体を垂直に押し返す力）
慣性（物体が運動の状態を保ち続ける性質）
力のつりあい（同じ物体にはたらく複数の力が打ち消し合って動かない状態）
作用・反作用の法則（ニュートンの第3法則。物体間の力は対になる）
合力（複数の力を合成した1つの力）
分力（1つの力を複数の方向に分解した力）
垂直抗力（面が物体を垂直に押し返す力）
慣性（物体が運動の状態を保ち続ける性質）
深掘り (背景・意義)
机に置いた本を例に考えます。本にはたらく重力と、机から本にはたらく垂直抗力はつりあい(同じ「本」にはたらく2力、互いに反対向き)、本は静止します。
一方、本が机を押す力(重力と同じ大きさで下向き)と、机が本を押し返す垂直抗力は作用反作用の関係(2つの物体「本と机」の間で対になる2力)です。
歩く・泳ぐ・ロケットが飛ぶ──これらはすべて作用反作用です。地面を後ろに蹴ると、地面が私たちを前に押し返してくれます。ロケットがガスを後ろに噴射すると、ガスがロケットを前に押す力が生じます。
力の合成・分解は中学では「同一直線上」のみ扱いますが、高校では平行四辺形の法則で2次元・3次元へ拡張します。
💡 ポイント
- 2力のつりあい条件: ①大きさ等しい ②反対向き ③同一直線上
- つりあい = 同じ物体にはたらく2力
- 作用反作用 = 2つの異なる物体間の2力
- 歩く・泳ぐ・ロケット = 作用反作用の応用
- 同一直線上の合力: 同じ向きは和、反対向きは差
- 垂直抗力＝面が物体を押し返す力
- 慣性＝動いているものは動き続け、止まっているものは止まり続けようとする性質
注意点 (混同しやすい)
① つりあいは1つの物体にはたらく力、作用反作用は2つの物体間の力。区別が最重要。② 机上の本の重力と垂直抗力はつりあいであって作用反作用ではない。③ 反対向きで同じ大きさという見た目は同じだが、誰にはたらいているかで見分ける。④ 同一直線上にない2力はつりあわず、合力が残って動き出す。
練習
- 2力のつりあいの3条件をすべて答えなさい。
- つりあいと作用反作用の決定的な違いは何か。
- 机に置いた本にはたらく、重力とつりあう力の名前を答えなさい。