作用線（力の作用線）とは？描き方・作用点との違い・モーメントとの関係
この記事の要点
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。
この記事では、作用線とは何か、どう描くのか、作用点との違い、モーメントとの関係を整理します。
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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？大きさ・方向・作用点の意味と構造力学での役割
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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。
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？大きさ・方向・作用点の意味と構造力学での役割
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。
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。
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。
混同しやすい用語
作用線 vs 作用点
作用点は力が作用する点で、力の三要素（大きさ・方向・作用点）の一つです。
作用線は作用点から力の方向に向かって引いた線で、モーメントを求めるときの基準線として使います。
作用線とモーメントアーム
モーメントは「力×距離」で計算しますが、この距離はある点から作用線に引いた垂線の長さ（モーメントアーム）です。
作用線上の点ではモーメントがゼロになります。
作用線を整理した表を示します。
| 項目 | 内容 | 備考 |
|---|---|---|
| 作用線の定義 | 力の作用点から力の方向に向かって引いた線 | 一般に破線で描く |
| モーメントとの関係 | M＝P×L（Lは作用線への垂線の距離） | 作用線上の点ではM＝0 |
| 作用点との違い | 作用点は力が作用する点（力の三要素の一つ） | 作用線は三要素に含まれない |
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？大きさ・方向・作用点の意味と構造力学での役割
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理解度チェック
作用線とは何ですか？
答えを見る
力の作用点から力の示す方向に向かって引いた線です。一般に破線で描き、力の方向やモーメントとの関係がわかりやすくなります。なお力の三要素（大きさ・方向・作用点）には含まれません。
作用線と作用点の違いは何ですか？
答えを見る
作用点は力が作用する点で、力の三要素の1つです。作用線はその作用点から力の方向に引いた線で、モーメントを求めるときの基準線として使います。
作用線とモーメントの関係は何ですか？
答えを見る
モーメントは力×距離（M＝P×L）で求め、この距離はある点から作用線に下ろした垂線の長さ（モーメントアーム）です。作用線上の点では垂線がないためモーメントは0になります。
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プロフィール
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- 名前 ハナダユキヒロ/ミツメラボ代表.
- 2010年 弊サイトを開設
- 2010～2017年 国立大学大学院修了
- 2017年12月に当HPが書籍化。
- 「わかる構造力学」
- 2022年4月に「わかる構造力学」の改訂版出版。
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