力のつり合いと物体の運動

二力のつり合いを理解し、等速直線運動では合力が0になることを学ぶ。

この単元の目標

📑 目次

力は大きさ・向き・作用点の3つで決まります。矢印で表し、単位はニュートン [N]。1 N は 100 g の物体が受ける重力の大きさにほぼ相当します。

例題

机の上に置いた質量 500 g の物体が静止している。物体にはたらく重力と垂直抗力の関係を説明せよ。（g = 9.8 m/s²）

解答・解説

500 g = 0.500 kg より、重力は 0.500 × 9.8 = **4.9 N（下向き）**。垂直抗力は **4.9 N（上向き）**で、同じ物体にはたらく二力がつり合う。合力が 0 なので速度は変わらず、**もともと静止していた物体は静止し続ける**。

等速直線運動でも加速度が 0 なので合力は 0。力がつり合っていても動いていることはあります。「力がないから動く」のではなく「力のつり合いの中で等速で動き続ける」——これが慣性の法則です。

よくある誤解：「動いているものには必ず前向きの力がはたらいている」。正しくは、速度を変えようとする（＝加速度を出す）ときだけ合力が必要です。

まず「どの物体の運動を考えるか」を決め、その物体がほかの物体から受ける力だけを描きます。机の上の本なら、地球から受ける重力と机から受ける垂直抗力です。本が机を押す力は机にはたらく力なので、本の力の図には入れません。二力の作用点は同じでなくてもよく、作用する直線が同じであることが条件です。

つり合う二力は同じ物体に、作用・反作用の二力は別々の物体にはたらきます。本が机を下向きに押す力と、机が本を上向きに押す力は作用・反作用です。これらを足して「本の合力が 0」とすることはできません。

例題：動いていてもつり合う

水平な床の上で箱を右向きに 8 N の力で引くと、箱は等速直線運動した。水平方向には引く力と摩擦力だけがはたらく。摩擦力の向きと大きさは？

解答・解説

等速直線運動なので水平方向の合力は 0。右向きの 8 N とつり合う摩擦力は **左向きに 8 N**。力がつり合うことは「止まっていること」と同じではない。

練習：合力と運動の変化

右向きに動いている台車に右向き 6 N、左向き 2 N の力がはたらく。水平方向の合力と、その直後の速さの変化を答えよ。
解答・解説
合力は **右向き 4 N**（6 − 2）。運動と同じ向きに合力がはたらくため、速さは増す。
右向きに動く物体に左向きの合力がはたらき続ける。物体はすぐ左向きに動くか。
解答・解説
**すぐには左向きにならない。**まず右向きの速さが減る。左向きの合力がその後もはたらけば、一度止まってから左向きに動き始める。
静止している本にはたらく重力と机からの垂直抗力は、作用・反作用の関係か。理由も述べよ。
解答・解説
**作用・反作用ではなく、つり合いの関係。**両方とも同じ本にはたらく。垂直抗力の反作用は、本が机を押す力である。

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