「力って目に見えないから難しい…」と思っていませんか？実は、物理での「力」は矢印を描くだけで、誰でも計算できるようになります！
今回は、テストに絶対出る「力の3要素」から、少しややこしい「3力のつり合い」までをスッキリ解説します。図を描く習慣が身につくと、力学の問題はグンと解きやすくなりますよ！
1. 力の3要素：矢印で力を表す
力がはたらいているかどうかは、次の2つを見ればわかります。
変形している
クッションがへこむ・ばねが伸びる・タイヤがつぶれるなど
動きが変わる
止まっていたものが動く・スピードが変わる・向きが変わるなど
この力を図で表すとき、欠かせないのが「力の3要素」です。
① 大きさ
矢印の長さ
単位はN（ニュートン）。リンゴ1個（約100g）を支える力 ≒ 1N
② 向き
矢印の向き
上・下・斜めなど、力がはたらく方向
③ 作用点
矢印の起点
力がはたらき始める点。矢印はここから描く
2. 物理でよく登場する力の種類
物理の問題に登場する「レギュラーメンバー」をまとめました。
重力 mg
地球が物体を中心（下）へ引く力。
大きさ = 質量 × 重力加速度
大きさ = 質量 × 重力加速度
垂直抗力 N
面が物体を面に垂直な方向に押し返す力。床の上の物体は必ずこれがある。
張力 T
糸がピンと張って引く力。糸の向きに沿って作用点（つながった点）に向かう。
弾性力（フックの法則）
ばねが元に戻ろうとする力。
F = kx（k：ばね定数、x：伸び縮み）
F = kx（k：ばね定数、x：伸び縮み）
📝 ミニ問題：ばねの計算
ばね定数 300 N/m のばねを 1.0 cm 伸ばすのに必要な力は？
1
単位を m に直す：1.0 cm = 0.010 m
2
F = kx に代入：F = 300 × 0.010 = 3.0 N
答え：3.0 N
💡 単位の「m 直し」が最大のコツ
ばね定数の単位が N/m なので、伸びは必ず「メートル」で代入します。cm のまま計算すると答えが100倍ズレます！
3. 力の合成：2つの力を1つにまとめる
複数の力を1つの力（合力）にまとめることを合成といいます。
力の合成：平行四辺形の法則
💡 同じ向きなら足し算、逆向きなら引き算
2つの力が同一直線上にある場合は、同じ向きなら足し算、逆向きなら引き算するだけです。斜めのときに平行四辺形の法則を使います。
4. 力の分解：斜めの力を縦と横に分ける
斜めにかかる力を「x方向（横）」と「y方向（縦）」の2つに分けることを分解といいます。角度 θ を使うと次のように表せます。
力の分解（角度 θ の場合）
📐 力の分解の公式
Fx = F cosθ （横成分）
x軸方向（水平）の成分。「横はコサイン」
Fy = F sinθ （縦成分）
y軸方向（鉛直）の成分。「縦はサイン」
💡 なぜ横はcos、縦はsinなの？
角度 θ は水平方向（x軸）からの角度です。直角三角形で、底辺（水平方向）は斜辺 × cosθ、高さ（垂直方向）は斜辺 × sinθ になります。グラフを見ながら三角比の定義を思い出すと納得できます！
5. 力のつり合い：動かないのはなぜ？
物体が静止しているとき、その物体にはたらくすべての力はつり合っています。これは「合力がゼロ」であることを意味します。
⚖️ つり合いの条件
x方向の力の合計 = 0
y方向の力の合計 = 0
2つの式をたてれば、未知の力が2つまで求められる
📝 例題：2本の糸でつるされたおもり
重さ 2.0 N のおもりを、壁と天井から伸びる2本の糸でつるした。糸Aは水平から 60°、糸Bは鉛直。それぞれの張力を求めよ。
1
おもりにはたらく力を整理：
・重力 2.0 N（下向き）
・糸Aの張力 TA（斜め左上、水平から60°）
・糸Bの張力 TB（真上）
・重力 2.0 N（下向き）
・糸Aの張力 TA（斜め左上、水平から60°）
・糸Bの張力 TB（真上）
2
y方向のつり合い式：
TA sin60° + TB − 2.0 = 0
TA sin60° + TB − 2.0 = 0
3
x方向のつり合い式（水平成分）：
TA cos60° = 0 → TA cos60° の水平成分が0になるよう壁が支える
※この問題では糸Bが鉛直なので TB = 2.0 N、TA は x 方向の壁の反力とつり合う
TA cos60° = 0 → TA cos60° の水平成分が0になるよう壁が支える
※この問題では糸Bが鉛直なので TB = 2.0 N、TA は x 方向の壁の反力とつり合う
💡 解き方のコツ
「x方向とy方向に分けてそれぞれ合計ゼロ」の2本の式を立てることが、3力つり合いの定石です。未知数が2つあっても、2本の式で必ず解けます。
⚠️ 「つり合い」と「作用・反作用」を混同しない！
つり合い：1つの物体にかかる複数の力が打ち消し合っている
作用・反作用：2つの物体の間で力が互いにはたらき合っている
見分け方：注目する物体が「1つか？2つか？」で判断しよう。
作用・反作用：2つの物体の間で力が互いにはたらき合っている
見分け方：注目する物体が「1つか？2つか？」で判断しよう。
まとめ：今回のポイント
- 01力は「大きさ・向き・作用点」の3要素を矢印で表す。
- 02ばねの力は F = kx。伸びは必ず「メートル」で代入する。
- 03斜めの力は「Fx = F cosθ（横）」「Fy = F sinθ（縦）」に分解する。
- 04つり合いの条件：x方向とy方向それぞれで「力の合計 = 0」の式を立てる。
- 05つり合い（1つの物体）と作用・反作用（2つの物体）は別物。
コメント