第1章力のつりあいと合成・分解④（垂直抗力と摩擦力，課題：作用反作用）
１．導入
前回は弾性力と張力を学習しました。 今日は垂直抗力と摩擦力です。
２．垂直抗力
張力も弾性力と同じように少しひもが伸びることで生じると，前回説明しました。 物体を床に置くと，今度はわずかに沈みます。物体には元に戻そうとする性質があるので， このときも上に押し返そうとします。この力を「垂直抗力」といいます。
垂直抗力も力のつりあいからしか求められません。
どれだけ沈んでいるかかわらないからです。
※正確には運動方程式からも求められる。
※この図のように，面の各点から力を受けており， それを代表させて1本の矢印として表す。
３．摩擦力
摩擦力は非常に難しくてあやしいところもあるのですが･･･。
机の上に本が置いてあります。これに右向きに力を加えて動かそうとします。
すると，机の分子と本の分子がくっついて離れないように引っ張ります。
これが摩擦力の原因です。
そして，1[N]の力を加えて動かなかった。このときの摩擦力は？ そう，1[N]。2[N]でも動かなかった。摩擦力は2[N]。･･･というように， 「静止摩擦力」についても力のつりあいから求めます。
ちなみに動いているときの摩擦力は「動摩擦力」といいます。 基本的に動かす速さに関係ないということは頭に入れておいてください。
また，垂直抗力と摩擦力をあわせて「抗力」といいます。 両方とも「床から物体が受ける力」です。
４．問題演習
では，次の問題をやってみてください。
ポイントは何に着目して力を書くかです。 この場合であれば動滑車に着目して式を立てます。 何に着目していいかわからないときは，すべての物体について式をたてればいいのです。 そのなかから必要なものを使えばよい。
５．演示実験：作用反作用の法則
ここに，台車2台（A，B）があります。 これらの台車には力センサーと言って， 力を測定しくれる機械がついています。 こうやって押すと（実際に押してみる）， その瞬間瞬間の力の値をグラフで示してくれます。 このグラフの縦軸は力で横軸は時間です。
この台車を今日はぶつけます。 ただし，ちょっとずつ条件が違います。 とりあえず，実験１～３まで，どうなるか予想してみてください。
生徒の予想：
実験１＝ア０，イ３８，ウ５
実験２＝ア０，イ２２，ウ２１
実験３＝ア０，イ４０，ウ３
問 題＝ア３６，イ０，ウ７
ではなぜそれを選んだのか聞いてみます。
A君（１はイ，２はイ，３はイ）：「重い方が力が強いと思ったからです。」
じゃあ実験２は？
A君：「動いている方が強い。」
なるほど。
B君（１はウ，２はイ，３はイ）：「重さはあまり関係なくて，動いているかどうかだと思う。」
C君（１はイ，２はウ，３はイ）：「逆に動いているかどうかよりも，重いかどうか。」
D君（１はウ，２はウ，３はウ）：「なんかどれも同じそう。」
OK。ポイントは質量が大きいとどうか，動いているとどうかということだね。
では実際にやってみましょう。
※写真もグラフもほぼ同じなので省略です。
というように，
結果は，実験１＝ウ，実験２＝ウ，実験３＝ウ
どれも同じになります！
つまり，速さが違っていても，質量が違っていても必ず同じになる。
これがポイントです。
では実験はできませんが，問題の答えは何だと思いますか？
そうなんです。ウが正解です！
私には娘がいますが，走ってきてドーンと押しても，
私が娘を押す力と娘が私を押す力は必ず同じになります！
E君：「でもなんで娘のがふっとばされるのに，同じ力なんですか？」
いい質問だね。それは娘の質量が小さいからです。
とりあえず簡単にして，私と娘が静止していてドンと私が押したとしますね。
そうすると娘の方が吹っ飛ぶ。これは娘が軽いからです。
同じ力が働いても質量の小さい方が速度が大きく変化するのです。
ここを正確に理解するには11月になります。
ですので，この疑問は頭にとっておいてください。
５．まとめ
これらの力を作用反作用といいます。次回しっかりまとめましょう。
授業を終えて。。。
・例題は他の場所に移した方がよい。
・実験はうまくいった。しかし，期末考査で「ある人が地面からジャンプしたとき，
その人が地面を押す力と地面がその人を押す力はどちらが大きいか？」という問題を
出したが，正答率はあまりよくなかった。この実験の感想に，
「ぶつかる系の問題は力が同じだとわかった」というものがあった。
これ以外の状況でも同じであることをしっかりと伝えなければいけない。
・朝のホームルームで小テストをおこなった。
・接触力はもうゴチャゴチャ！いろんな答えがある。
・重力は「地球が」ではなく，「重力が」としてしまう。
・何より1つの物体に着目することができない。
・「重さ」と「質量」の区別がつかない。
反省し，もう1回再テストを行った。
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