力学らしい内容に入っていきます

次は力について扱っていきましょう。これまでのところで苦手だな…と思っている方も大丈夫！物理学ならではの話が続きますから、ぜひ楽しみを見つけながら学習して欲しいです。

今回の目標は、力の合成と分解ができることです。

力の表現

物体は、力を加えると変形したり、加速したり（止まっている物体が動きだしたり）します。物体の状態変化の原因となるものが力なのです。

力は、矢印を使って図示することができます。

力の大きさは、ニュートン[N]という単位を使って表します。ニュートン[N]は、物体の質量[kg]に物体の加速度[m/s\(^2\)]を掛けることで得られます。

例えば、質量1kgの物体は地上で9.8[m/s\(^2\)]の重力加速度を受けます。従って、この物体に働く重力は

となるのです。

力は速度と同じで、矢印を使って図示できました。つまり、大きさと向きを持つベクトル量なのです。従って、速度と同様に合成と分解ができます。

速度の合成・分解については基礎1-4　速度の合成・分解を参照してください。

複数の力を合成した力を、合力といいます。力は、速度と同じように⑴平行四辺形の形を作る⑵矢印をつなげる。の2通りの方法で合成できます。詳しく見ていきましょう。

⑴平行四辺形の形を作る

⑵矢印をつなげる

力を平行四辺形の対角線とみなすことで、力を分解することができます。合成のちょうど反対のことをするわけです。

力を\( x \)軸方向と\( y \)軸方向に分解すると、力の合成・分解を数字で扱うことができます。これができることが、今後の学習でも特に重要になります！

2つの力\( F_1 , F_2 \)と、その合力\( F \)があるとしましょう。その\( x,y \)成分をそれぞれ

\begin{align}
F_1のx成分：F_{1x}　F_2のx成分：F_{2x}&　Fのx成分：F_x\\
F_1のy成分：F_{1y}　F_2のy成分：F_{2y}&　Fのy成分：F_y
\end{align}

であるとします。このとき、次の関係が成り立ちます。

\begin{align}
F_x=F_{1x}+F_{2x}　,　F_y=F_{1y}+F_{2y}
\end{align}

つまり、\( x \)成分どうし\( y \)成分どうしを足し算するのが合成。合力の\( x \)成分と\( y \)成分を2つに分けることが分解なのです。

今回のまとめをしましょう。

次回は、フックの法則について学びましょう。