力の計算方法

この記事には:運動方程式を学ぶ運動方程式を利用する出典

力は、「押す」、「引く」などにより物体に作用して、物体を運動させたり、加速させたりします。ニュートンの運動の第二法則は、力と質量および加速度の関係性を説明します。この関係性を利用して、物体に作用する力を計算することができます。概して言えば、物体の質量が大きいほど、運動させるために大きな力を作用させる必要があります。

パート 1
運動方程式を学ぶ

  1. 1
    質量と加速度を掛ける 質量mの物体を加速度aで運動させるのに必要な力な力Fは、ニュートンの運動方程式「F(力) = m(質量)×a(加速度)」で与えられます。[1]
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    数値をSI単位系に変換する SI単位系(国際単位系)では、質量の単位はkg(キログラム)、加速度の単位はm/s2(メートル毎秒毎秒)です。ゆえに、SI単位系で表された質量と加速度を運動方程式に代入すれば、求められる力の単位は、SI単位系の力の単位であるN(ニュートン)になります。
    • 物体の質量がポンドで表記されている場合は、ポンドをキログラムに変換する必要があります。例えば、3ポンドをキログラムに変換すると、1.36kgになります。ゆえに、3ポンドの物体の質量はSI単位系では1.36kgと表記されます。
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    物理学では「重さ」と「質量」は別のものであることを認識する 物体の重さがN(ニュートン)で与えられている場合は、これを9.8で割るとその物体の質量(kg)を求めることができます。例えば、重さ10Nの物体の質量は、「10÷9.8 = 1.02(kg)」と求めることができます。

パート 2
運動方程式を利用する

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    質量1000kgの車を、加速度5 m/s2で加速させるのに必要な力を求める
    • 計算で使う全ての数値がSI単位系で表記されているかを確認しましょう。
    • 車の質量(1000kg)に加速度(5 m/s2)を掛けて、必要な力を求めます。
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    質量8ポンドの台車を、加速度7 m/s2で加速させるのに必要な力を求める
    • まずは、計算で使う数値を全てSI単位系に変換しましょう。この問題では、質量の単位をポンドからキログラムに変換しなければなりません。1ポンドは0.453キログラムであるため、「8×0.453」という計算により、8ポンドを3.62キログラムに変換します。
    • 質量3.62kgに加速度7 m/s2を掛けて、必要な力を求めます。
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    加速度2.5 m/s2で加速している重さ100Nの物体に作用している力を求める 
    • 上で説明した通り、10Nは9.8kgに相当します。ゆえに、Nを9.8で割ることで、kgに変換することができます。「100(N)÷9.8」を計算すると、物体の質量が10.2kgと求まります。
    • 質量10.2kgに加速度2.5 m/s2を掛けて、物体に作用している力を求めます。

ポイント

  • 問題文を注意深く読み、与えられている情報が重さなのか質量なのかを判断しましょう。
  • 力の標準単位であるN(ニュートン)は、「N = kg × m/s^2」と定義されます。
  • 運動方程式に使う数値の単位が全て、SI単位系の単位であるkgとm/s^2に変換されていることを確かめましょう。

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カテゴリ: 物理学

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