作用・反作用の法則

作用・反作用の法則

杭が無かったら?

左図は、台に滑車が取り付けられていて、ロープの片方が杭くい閉じるに固定されていて、もう片方に重りが吊り下げられているという場面を示しています。

いま 3.0kg の重りが吊り下げられ静止しているとします。

静止しているということはつり合っているということだから、赤色の重力 3.0×9.8[N] の力と上向きの青色の力は同じ大きさ、つまり 3.0×9.8[N] ということになるはずです。

この青色の力はどこから来たものでしょうか。

いま急に、杭が無くなったとすると重りは下へ落ちていってしまいますが、

仮にもし、もう片方の端に滑車があるとすると何kgの重りがあれば静止させることができるでしょうか?それはもちろん 3.0kg です。これはつまり、杭が存在することと、もう片方に 3.0kg の重りが吊り下げられることとは、同等ということです。

すなわち、杭が 3.0×9.8[N] で引っ張っていたのです。青色の力は杭が引っ張っている力なのです。杭はロープに引っ張られているわけですが、杭が動かないのは、台が杭を固定しているからです。台を形成する分子たちが、杭がもぎ取られないように踏ん張っているからです。固体の物体は分子間力によって形が保たれてます。閉じる

力の関係を重りに着目せず、杭とロープの結び目に着目すると、左図のようになります。この図の意味は、ロープが杭を 3.0×9.8[N] で引っ張り、杭がロープを 3.0×9.8[N] で引っ張り返しているという意味です。

作用・反作用の法則

実は、力というものは必ず対になって作用します。引っ張ると引っ張り返され、押すと押し返されます。これを作用・反作用の法則といいます。対になっている2つの力は、大きさが等しく向きが反対で、同一作用線上にあります。前項の力のつり合いの条件とそっくりです。

今まで力に関してこのようなことは意識して来なかったと思いますが、物理ではとても重要なことです。この原理から運動量保存の法則というものが導き出されたり、力というものが定義されたりします。地味ですが本当に重要なものです。

この作用・反作用の法則は運動の第3法則とも呼ばれています。かの有名なニュートンが発見しました。後で、運動の第1法則運動の第2法則というものも学びます。

同一作用線上

同一作用線上という言葉に関して断っておきますが、右図のような青色と赤色の2つの力も同一作用線上にある、といえます。ピンと張られたロープは力を均一に伝えるからです。ロープがピンと張っている場合は曲げられていても同一作用線上にあるといってかまいません。