糸でつるしたおもりのつり合い

方針

解答

⓪ 発想 — どう考え始めるか。 力の問題の第一歩は、注目する物体を決めて、はたらく力を漏れなく挙げること。挙げ方には決まった手順がある。

まず重力(これはいつでもはたらく)。次に、その物体に触れているものを探す — 触れているものからしか力は受けない(物理基礎の範囲では)。おもりに触れているのは糸だけだ。

① はたらく力を挙げる。

• 重力: 下向きに $W=mg=3.0\times 9.8=29.4\mathrm{N}$
• 糸の張力: 上向きに $T$

この 2 つだけ。

② つり合いの式を立てる。

静止しているから、上向きと下向きの力はつり合う。

$$T=W=29.4\mathrm{N}$$

まとめ 「重力+触れているものからの力」— この探し方さえ守れば、力の見落としも、ありもしない力の発明も防げる。力の図示はこの単元の土台で、この後の運動方程式もすべてこの図から始まる。

別解

もし糸を切ったら、で確かめるルート(苦手な人向け)。 糸を切るとおもりは落ちる。つまり糸は、落ちようとするおもりをちょうど支えるだけの力で引いている。

支えるべき相手は重力 $29.4\mathrm{N}$。だから張力も $29.4\mathrm{N}$。「その力がなかったらどう動くか」を想像すると、力の大きさの意味が体感できる。