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外力とは?1分でわかる意味、読み方、応力や内力、反力との違い、摩擦力との関係

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。


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。応力の意味は、下記の記事が参考になります。

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法

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。

外力

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、下記の記事が参考になります。

等分布荷重とは?集中荷重との違いや使い方について

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。応力の意味は、下記の記事が参考になります。

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法

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、下記の記事が参考になります。

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

まとめ

今回は外力について説明しました。意味が理解頂けたと思います。外力は、物体に対して外部から作用する力です。建築物に外力が作用するとき、反力も生じます。外力と反力は、必ず一致します。反力の意味も、併せて覚えてくださいね。内力(応力)との違いも理解してください。下記の記事が参考になります。

反力ってなに?反力の求め方と支点反力

応力とは?1分でわかる意味と種類、記号、計算法


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