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作用線とは?1分でわかる意味、描き方、作用点との違い、モーメントとの関係

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作用線とは、力の作用点から力の示す方向に向かって引いた線のことです。作用線をみれば、力の方向が読めます。構造力学では、必ずしも力の作用線を描く必要は無いです。ただし、力の作用点の位置がわかるように示します。今回は、作用線の意味、求め方、作用点との違い、モーメントとの関係について説明します。なお、力の大きさ、方向、作用点のことを力の三要素といいます。下記の記事が参考になります。

力の3要素とは?1分でわかる意味、力の大きさ、作用点、方向

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作用線とは?

作用線とは、力の作用点から力の方向に向かって引いた線です。下図をみてください。これが作用線です。

作用線

構造力学では、必ず作用線を描く必要は無いです。ただし、作用線を描くことで、力の示す方向、モーメントとの関係性がわかりやすいです。


なお、力の大きさ、方向、作用点を力の三要素といいます。作用線は、力の三要素では無いです。※力の三要素は、下記の記事が参考になります。

力の3要素とは?1分でわかる意味、力の大きさ、作用点、方向

作用線の描き方

下図をみてください。まず、力の作用点を決めます。次に、力の方向を矢印で描きます。力の作用点から、力の方向に向かって線を引きます。これが作用線です。なお、作用線は一般的に、「破線」で描きます。

作用線の描き方

作用線と作用点の違い

作用線と作用点の違いを下記に整理しました。


作用線 作用点から力の方向に向かって引いた線。

作用点 力が作用する点。力の三要素の1つ。

作用線とモーメントとの関係

作用線を描くことで、力とモーメントの関係がわかりやすいです。下図を見てください。ある方向に力が作用しています。作用線を描きました。このとき、力の作用点から離れたO点に作用する曲げモーメントMは、M=PLで計算します。

作用線とモーメントの関係

モーメントは、力×距離で計算します。距離は、O点から作用線に向かって引いた垂線の距離です。慣れると作用線を描かなくても、垂線の距離がわかります。ただ、初学者の方は、作用線に向かって垂線を描いた方がいいですね。


モーメントの意味は下記が参考になります。

力のモーメントってなに?本当にわかるモーメントの意味と計算方法


また、下図のように作用線上の点Oに作用する曲げモーメントは「0(ぜろ)」ですね。O点から作用線上に向かう垂線が無いからです。

まとめ

今回は作用線について説明しました。意味が理解頂けたと思います。作用線は、作用点から力の方向に向かって引いた線です。作用線の描き方を覚えてください。力の三要素の定義、作用線とモーメントとの関係も理解しましょうね。力の三要素、モーメントは下記の記事が参考になります。

力の3要素とは?1分でわかる意味、力の大きさ、作用点、方向

力のモーメントってなに?本当にわかるモーメントの意味と計算方法

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