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外力（がいりょく）とは？意味・内力・反力との違い・摩擦力をわかりやすく解説

この記事の要点

外力とは、構造物の外部から作用する力のことで、固定荷重・積載荷重・風荷重・地震荷重などが該当します。

外力によって構造物内部に生じる力が内力（応力）であり、外力と釣り合う力が反力です。

この記事では、外力とは何か、内力・反力とどう違うのか、どのような種類があるのかを整理します。

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外力とは、物体に対して外部から作用する力を意味します。なお、似た用語で反力、内力、応力があります。反力は、外力の１つです。内力は、物体の内部から生じる力です。外力と反力、内力は互いに釣り合います。

タップできる目次

外力とは？

今回は、外力の意味、読み方、応力や内力、反力との違い、摩擦力との関係について説明します。※内力と同じ意味に、応力があります。内力、応力の意味は、下記の記事が参考になります。

内力とは？外力との違い・応力・求め方

応力とは？意味・種類・記号と求め方、応力度との違い

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外力とは？

外力とは、物体に対して外部から作用する力です。下図をみてください。物体に対して、外から力が作用しています。身近な外力として、人間の力があります。例えば、机を上から押します。これが外力です。

さて、物体Ａ（以降、Ａ）に外力が作用して、そのＡが動かないとき、Ａには外力と逆向きで全く同じ大きさの力が、外力と同じ位置に作用しています。

外力と反力

サッカーボールを蹴ると飛びますよね。これは、「蹴る力」という外力に対して、抑える力が無いからです。

この、外力と反対向きの力（抑える力）を、「反力」といいます。

物体Ａに外力が作用して、Ａがサッカーボールのように動くなら、外力と反対向きの力（反力）は作用していません。

外力と反力は「対（つい）」の関係があります。建築物は、サッカーボールのように簡単に動いては困ります。建築物に外力が作用すれば、どこかに反力が生じています。逆に、反力が生じていれば、どこかに外力が作用しています。

外力をＰ、反力をＲとするとき、物体に作用する外力の合計ΣＰ、反力の合計ΣＲは下式の関係があります。

ΣＰ＝ΣＲ

下図をみてください。前述した図を逆さにしました。外力と反力は、見分けがつかないですよね？見方を変えると、反力は「外力の１つ」だといえます。※反力の意味は、下記の記事が参考になります。

外力と反力の関係

反力ってなに？反力の求め方と支点反力

外力の読み方

外力は「がいりょく」と読みます。外力に関係する用語の読み方を、下記に整理しました。

外力　⇒　がいりょく

反力　⇒　はんりょく

内力　⇒　ないりょく

応力　⇒　おうりょく

外力の種類

構造物に作用する外力を、専門用語で「荷重（かじゅう）」といいます。荷重の種類は色々ありますが、例えば下記の２つがあります。

長期荷重

短期荷重

短期荷重とは、地震、風、雪、衝撃など短期に作用する外力です。建物の自重、人、家具など、長期的に作用する外力を長期荷重といいます。長期荷重と短期荷重の詳細は、下記の記事が参考になります。

長期荷重・短期荷重

また、外力は形状による分類できます。例えば、下図のように集中的に作用する外力を、集中荷重といいます。

集中荷重

分布的に作用する荷重が分布荷重です。

等分布荷重

集中荷重と分布荷重の違いが直感的にわかると思います。集中荷重と分布荷重の意味は、下記が参考になります。

等分布荷重とは？集中荷重との違い・単位・使い方を解説

外力と内力、応力、反力の違い

外力と内力、応力、反力の違いを下記に整理しました。

外力　⇒　物体に対して、外から作用する力

反力　⇒　外力に対して反対向きに生じる力。外力の合計、反力の合計は一致する

内力、応力　⇒　物体に外力が作用するとき、物体の内部に生じる、外力と釣り合う（一致する）力

内力と応力は同じ意味です。建築では、「応力」ということが多いです。内力、応力の意味は、下記が参考になります。

内力とは？外力との違い・応力・求め方

応力とは？意味・種類・記号と求め方、応力度との違い

外力と摩擦力の関係

物体を地面の上に置きます。物体をロープで引きずると、抵抗感を感じるでしょう。物体の重さがあるから当然だ、と思うかもしれません。しかし、これは摩擦力の影響です。

試しに、滑らかな氷の上で同じ重さの物体を引っ張ると、案外簡単に引っ張れるでしょう。摩擦力は下式で計算します。

摩擦力＝重量×摩擦係数

重量が大きくても、摩擦係数が０であれば摩擦力は無いです。外力に対して、摩擦力は「反力」の役割があります。摩擦係数の詳細は、下記が参考になります。

すべり係数とは？すべり係数と摩擦係数の違い、すべり耐力とすべり試験

混同しやすい用語

外力

構造物の外部から作用する力のこと。

固定荷重・積載荷重・風荷重・地震荷重などが該当し、荷重とほぼ同義で使われる。

内力（応力）

外力が作用したときに構造物の内部に生じる力のこと。

軸力・せん断力・曲げモーメントがこれにあたる。

外力と混同しないよう注意が必要。

外力を整理した表を示します。

項目	内容	備考
外力	物体の外部から作用する力（荷重）	固定荷重・地震力・風圧力など
反力	外力と逆向きで同じ大きさの力	ΣP＝ΣRの関係が成立
内力（応力）	外力が作用したとき部材内部に生じる力	軸力・せん断力・曲げモーメント