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支点と力点、作用点の関係は?1分でわかる意味、分かりやすい説明、モーメントとの関係

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支点(してん)とは「重さを支える点」、力点(りきてん)とは人が力を加える点、作用点(さようてん)は重り(物など)が力を加える点です。力点と作用点は本質的に同じですが、「人が力を加える、物が力を加える」ことが違います。支点と力点、作用点は、てこの原理の説明でよく使います。


今回は、支点と力点、作用点の関係と意味の分かりやすい説明、モーメントとの関係について説明します。てこの原理、モーメントの意味など下記が参考になります。

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支点と力点、作用点の関係は?分かりやすい説明

支点と力点、作用点の関係を下図に示します。


図 支点と力点、作用点


また、それぞれの意味を下記に示します。


支点 ⇒ 重さを支える点

力点 ⇒ 人が力を加える点

作用点 ⇒ 物が力を加える点


上記は「てこの原理」の説明でよく使います。てこの原理とは、「小さな力で重い物を持ち上げる」法則です。また支点と力点、作用点の関係は「シーソー」に似ています。てこの原理は下記も参考になります。

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下図をみてください。作用点と力点の重さが同じとします。作用点から支点までの距離=支点から力点までの距離のとき、棒はどちら側にも動かず、つり合いを保ちます。※棒は十分に固いと考えてください。


図 支点と力点、作用点とてこの原理


一方、作用点(力点)のどちらかが「支点との距離が長くなるように」動けば、動いた側に棒は傾きます。


図 支点と力点、作用点とてこの原理2

これらは「力のモーメント」が関係しています。力のモーメント=力×支点までの距離です。※力のモーメントの意味は下記が参考になります。

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前述したように「作用点(力点)から支点までの距離が長くなる」と、モーメントが大きくなります。モーメントの大きい側に棒は動きます。また、支点の位置を移動させても「作用点(力点)~支点までの距離」が変わります。


力点の大きさが同じでも、支点までの距離によりモーメントの大きさも変わります。例えば、


モーメント1=P×1(m)=P

モーメント2=P×2(m)=2P

モーメント3=P×3(m)=3P


のように、全く違う大きさになりますね。

支点と力点、作用点とモーメントの関係

支点と力点、作用点とモーメントの関係を利用して、重い物を持ち上げることが可能です。これが「てこの原理」です。下図をみてください。AとBで、支点から力点までの距離が違います。作用点の重さは同じです。


どちらの方が、小さい力で持ち上げられると思いますか。※日常生活の中で経験があるかもしれませんね。


図 支点と力点、作用点とてこの原理3


正解はBです。Bの方が、力点~支点までの距離が長いからです。AとBのモーメントを下記に示します。


Aのモーメント=P×L/2=PL/2

Bのモーメント=P/2×L=PL/2


上記の通り、Bの力点に作用する力は、Aの半分「P/2」で、Bと同じモーメントが作用します。てこの原理の計算、力のモーメントは下記が参考になります。

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てこの原理で物を持ち上げる時は、なるべく棒を長くすると小さな力で済みます(※ただし棒は十分に固くする)。

まとめ

今回は、支点と力点、作用点について説明しました。意味が理解頂けたと思います。支点は重さを支える点、力点は人が力を加える点、作用点は物が力を加える点です。支点と力点、作用点はモーメント、てこの原理と関係します。下記も併せて勉強してくださいね。

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