てこの基本:てこの原理!てこの3点!モーメントと逆比!3つ以上の力! この記事

てこの応用:支点が端にある(上と下に向かう力に分ける)・棒が曲がっている(垂直にして考える)

  

「てこ」の原理の基本

てこの原理とは?

「てこ」とは、小さな力で重いものを動かしたり、小さい力を大きな

運動(力)に変える道具です。

例えば、「シーソー」「はさみ」「ペンチ」「ピンセット」etc.

「てこ」を使った物理的な動きを「てこの原理」と言います。

ですから、

「てこの原理」とは、小さな力で重いものを動かしたり、

小さい力を大きな運動(力)に変える事と考えていいでしょう。

画像出典:https://kyoukasyo.com/2020/02/11/6science20/

てこの3点:支点・力点・作用点

【てこの3点】

1 支点:支えて動かない点

2 力点:力を加える点

3 作用点:加えた力が働く点

画像出典『塾技100理科』p66

図を見れば分かりますが、(道具の場合)「力点」が手で触る

(力を加える)ところですね。支点は動かないところです。

●楽に物を動かしたい場合:支点と力点の距離を長くします

             支点と作用点の距離を短くします

物に大きな力を働かせたい場合、支点から力点までの長さが、

支点から作用点までの長さより長いほど良いという事です。

画像出典:『くらべてわかるできる子図鑑』p184

  

 

てこのつり合い:「モーメント」と逆比

(左側)50×10=500 (右側)25×20=500

「おもりの重さ」×「支点からの距離」=モーメント

モーメントが同じだとつり合い、そうでなければ、

(当然)重い方に傾きます。

画像出典:『くらべてわかるできる子図鑑』p185

「おもりの重さ」(g)×「支点からの距離」(cm)が左右で同じだと釣り合う

(gとcmが多いですが、そうでない事もありえます)

(釣り合っている場合)「おもりの重さ」と「支点からの距離」は逆比

になりますので、そちらから計算する事もできます。

(釣り合っている場合)「おもりの重さ」と「支点からの距離」は逆比

つまり、上の図のように

おもりの重さが1:2なら、支点からの距離(うでの長さと言います)は2:1

になります。逆比ですね。

こちらの場合、80:20=4:1ですから、5:20=1:4になります。

(釣り合っている場合)「おもりの重さ」と「支点からの距離」は逆比

になります。

 

てこがつりあうとき、力が2つなら逆比とモーメントで、力が3つ以上

ならモーメントを使いましょう。

 

3つ以上の力でつりあう時の問題の解き方

画像出典『塾技100理科』p66

1 釣り合っている所で求められるおもりの重さを求める

2 1でわかった物を利用して残りのおもりの重さを求める

(明治大学付属中野八王子中学の入試問題より抜粋)

問題)CとDのおもりの重さを求めてください。

まず、2つの力だけで釣り合っているDが求められそうです。

35×D=15×490, 35×D=7350, D=210

次にCです。

うでの長さの比は4:1ですから、力の比は1:4になります。

「4」がD(210)+490です。

「4」=700

700÷4=175

「1」=175 C=175g

答え)C175g, D210g

 

支点にかかる力(上向きの力)

(つりあっているとき)支点にかかる力(上向きの力)と下向きの力は等しくなります。

この図であれば、支点には80g+20g=100gの力がかかります。

この図であれば、50g+25gで75gですね。

    

棒に重さがある場合

問題によっては、「棒に重さ」があります。

●棒の重さは、重心(棒の中心の事が多いがそうでない事もある)にあると考えます

●(中心までの距離-釣り合っている点までの距離)×棒の重さ=棒の重さが働く力

●棒に重さがある場合、「棒の重さ」もモーメントとして考える必要があります。

問題)国府台女子学院中学

図1のように棒の左端から20cmのところに支点を置き、右端に50gの

おもりを吊り下げました。棒を水平にするために左はしに吊り下げた

おもりアは何gですか?

なお、棒の長さは60cm、重さは120gです。

考え方)棒の重さもモーメントに入れて考える必要があります。

●棒の重さは、重心(棒の中心)にかかる=中心以外で釣り合っていれば棒の重さもそれに関係する

●(中心までの距離-釣り合っている点までの距離)×棒の重さ=棒の重さが働く力

●棒の重さが働くのは中心よりも長い方だけ

時計回りに働く力(モーメント)は、棒の重さの傾き+おもりによる力

(30-20)×120+(50×40)=1200+2000=3200g

3200÷20=160

答え)160g

「重心」=中心とは限りません(めんどくせ~~・・・)

重心の位置は物の形によって決まります。

●太さが同じなら重心=中心

●太さが同じでない場合、重心は左右の端をばねばかりでつるした重さの逆比

 

まとめ

「てこの原理」とは、小さな力で重いものを動かしたり、

小さい力を大きな運動(力)に変える事と考えていいでしょう。

 

●【てこの3点】

1 支点:支えて動かない点

2 力点:力を加える点

3 作用点:加えた力が働く点

画像出典『塾技100理科』p66

物に大きな力を働かせたい場合、支点から力点までの長さが、

支点から作用点までの長さより長いほど良い

 

画像出典:『くらべてわかるできる子図鑑』p184

「おもりの重さ」×「支点からの距離」=モーメント

モーメントが同じだとつり合い、そうでなければ、

(当然)重い方に傾きます。

画像出典:『くらべてわかるできる子図鑑』p185

「おもりの重さ」(g)×「支点からの距離」(cm)が左右で同じだと釣り合う

(釣り合っている場合)「おもりの重さ」と「支点からの距離」は逆比

(3つ以上の力で釣り合っている時のおもりの重さの求め方)

1 釣り合っている所で求められるおもりの重さを求める

2 1でわかった物を利用して残りのおもりの重さを求める

  

てこの基本:てこの原理!てこの3点!モーメントと逆比!3つ以上の力! この記事

てこの応用:支点が端にある(上と下に向かう力に分ける)・棒が曲がっている(垂直にして考える)