中学1年理科・物理

力の三要素

ドアを押す力を変えて、「どれくらい・どちら向きに・どこに」力を加えるかを調べよう。

① 大きさ矢印の長さで表す。
単位：N（ニュートン）

② 向き矢印が指す方向で表す。

③ 作用点力がはたらく点。
矢印の始点で表す。

ドアを真上から見た図

条件を変えるとドアは最初の位置に戻ります。動きは比較のための模式的なアニメーションです。

① 力の大きさ

0 N10 N

② 力の向き

−180°0°180°

ドアの「ちょうつがい → 先端」を0°とします。90°は図の上向き、−90°は下向き（最初の位置）。

③ 作用点

ちょうつがいドアの先端

作用点までの距離は、ドア全体の長さに対する割合です。

まず「基本」を押し、次に比べたい条件を選んで「押してみる」を押そう。

力は「大きさ・向き・作用点」の3つで表します。矢印は作用点からかき始め、力がはたらく方向に向けます。長さの基準をそろえると、大きさを比べられます。

ドアの場合、同じ向き・同じ作用点なら力が大きいほど回りやすくなります。同じ大きさ・同じ向きなら、ちょうつがいから遠いところを押すほど回りやすくなります。

先生向け：このモデルの条件

ドアをちょうつがいで固定した剛体とし、摩擦・空気抵抗・ドアクローザーを省略しています。ドアに沿う力は回転を起こさず、ドアに垂直な成分が回転に寄与します。回転の効果は、力の大きさ × 作用点までの距離 × sin（力とドアのなす角）に比例します。

アニメーションでは、この効果に比例した角加速度で静止状態から回し、70°で表示を止めます。押す向きは回転中もドアに対して一定に保ちます。実際の時間・回転角を予測する実験ではありません。0 Nでは力の向きは定まらないため矢印を表示しません。