科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学ニュースをくわしく調べ、やさしく解説!みるみる科学がわかります。
物理の公式「A=BC」
科学の公式は難しいイメージがある。一方でやさしい公式もある。例えば「A=BC」のようにわかりやすい形で表せる、力学の公式にはどんなものがあるだろうか?

これには、運動方程式、摩擦力、フックの法則、浮力などがある。

ニュートンの運動方程式
ニュートン力学とは、アイザック・ニュートンが創始した一連の物理法則を指し、物体の運動と力の関係を明確に数学として表現する力学の一分野である。1687年に、著書『プリンキピア』で発表された。

その中に運動の第2法則として、運動方程式がある。 Fは力、mは質量、aは加速度とすると、次の式が成り立つ。

   F= m a 

この方程式では力が質量と加速度の積に等しいことを示している。力がはたらくと物体の速度が変わるのである。

摩擦力とは?
摩擦力とは、二つの物体が、接触している際に、その接触面の方向に働く力。

ざらざらで水平な机の上で、ある質量をもった物体を水平方向に引っ張る場合と、なめらかな氷の上で同様に物体を引っ張る場合とでは、その物体を動かすのに要する力は明らかに異なる。

静止している物体を動かそうとする際に働く摩擦力を静止摩擦力という。物体の質量が大きい場合、その物体を動かすのにより大きな力を要し、ある限界値以上の力でないと物体は動かない。この物体が静止している限界でかかっている力、すなわち物体が動き出す直前にかかっている力を最大静止摩擦力という。

最大静止摩擦力より大きな外力がはたらくと、物体は動き出す。最大静止摩擦力 Fo、垂直抗力を N、摩擦係数を μとすると次のような式が成り立つ。

   Fo = μN

動いている物体にはたらく摩擦を、動摩擦力というが、その摩擦力を F’とし、抗力を N、動摩擦係数 μ’とすると次のような式が成り立つ。

   F’ = μ'N

フックの法則とは何か?
伸ばした、ばねは、もとの長さにもどろうとする。このときのばねの力 F を弾性力という。このとき弾性力Fはばねの伸び x に比例する。ばね定数を k とすると次のような式が成り立つ。これをフックの法則という。

   F = k x

フックの法則は17世紀のイギリスの物理学者、ロバート・フックが提唱したものであり、彼の名を取ってフックの法則と名づけられた。


浮力とは何か?
水などの流体中にある物体には、重力とは逆の方向の力が作用する。この力を浮力と言う。

物体は流体から圧力を受けている。このとき圧力は物体の上と下では異なる。この物体が受ける上下の力の差が浮力である。すなわち、下から受ける力の方が大きくなるため、物体には下向きの重力とは逆の、上向きの力が作用するのである。

浮力にはアルキメデスの原理が成立する。すなわち「物体が受ける浮力は、その物体と同じ体積の周囲の流体に作用する重力に等しい」。今浮力を F、流体の密度をρ、物体の体積をV、重力加速度をgとすると次のような式が成り立つ。

   F = ρVg    水の場合密度ρは1であるから、  F = Vg   になる。

 

単位が取れる力学ノート (単位が取れるシリーズ)
橋元 淳一郎
講談社

このアイテムの詳細を見る
面白いほどよくわかる物理―地球物理、光と音、力と運動法則など物理学の基本を解説! (学校で教えない教科書)
長沢 光晴
日本文芸社

このアイテムの詳細を見る

ブログランキング・にほんブログ村へ  ランキング ←One Click please