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作用力とは?1分でわかる意味、反作用力、力のつりあい、計算方法

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作用力とは、作用する力のことです。物理学で使う用語です。構造力学では、「荷重」や「外力」といいます。意味は、作用力と同じです。作用力と反対方向に作用する力を、反作用力といいます。今回は、作用力の意味、反作用力、力のつりあいとの関係、作用反作用の計算方法について説明します。荷重や外力の意味は、下記の記事が参考になります。

荷重とは?1分でわかる意味、読み方、種類、応力との違い

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

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作用力とは?

作用力とは、作用する力のことです。物理学や構造力学では、作用力を矢印で示します。矢印の長さ、向きで、力の大きさと方向を示します。下図に作用力を描きました。

作用力

地球上には重力があります。重力は鉛直方向に作用するので、作用力も基本的に鉛直方向の力です。※鉛直方向の意味は、下記が参考になります。

鉛直と垂直の違いは?1分でわかる意味、図の説明、鉛直方向、水平方向


ただし、水平方向や斜め方向に作用する力もあります(水平方向の作用力として、地震力があります)。


作用力の大きさ、向き、作用点の3つを、力の三要素といいます。力の性質は、3要素で決定します。力の三要素は下記が参考になります。

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

作用力と反作用力の関係

例えば、建物の壁に手をあてて押します。建物の壁を押しても、壁は動きません。押した手には、力を感じましたよね。これが反作用力です。下図をみてください。手で押した力が作用力、壁から逆向きに生じる力を反作用力です。

作用力と反作用力

物体が静止するとき、作用力と反作用力は、作用方向、大きさ、作用点が一致します。これを、力のつりあいといいます。力のつりあいは下記が参考になります。

力のつり合いとは?1分でわかる意味、作用反作用、角度、問題と計算、張力との関係


構造力学では作用力と反作用力を、それぞれ「荷重(外力)」、「反力」といいます。なお、反作用力を得るには、物体が十分に固い(変形しない及び移動)ことが条件です。サッカーボールを蹴ると簡単に転がりますね。作用力に対して、反作用力が生じないためです。

作用力と力のつりあい

物体が静止するとき、作用力の合計と反作用力の合計は一致します。この関係を、力の釣り合いといいます。力の釣り合いは、簡単な連立方程式を組み立て計算します。構造力学で、最も基本的な計算です。力の釣り合いは、下記の記事が参考になります。

力のつり合いとは?1分でわかる意味、作用反作用、角度、問題と計算、張力との関係

作用反作用の計算

下図をみてください。細長い板に作用力が生じています。この板は静止状態と考えます。反作用力の値をもとめてください。

作用反作用の計算

答えは10kgです。


上記は簡単な例ですが、構造力学では色々な構造物の「反力(反作用力)」を計算します。下記が参考になります。

反力ってなに?反力の求め方と支点反力

まとめ

今回は作用力について説明しました。意味が理解頂けたと思います。作用力は、作用する力のことです。作用力に対して、反対に作用する力を反作用力といいます。作用力と反作用力の関係を覚えてください。構造力学では、力の釣り合いの勉強で大切な考え方です。下記の記事も併せて参考にしてください。

力の流れとは?1分でわかる意味、構造力学、建物の構造部材との関係

力のつり合いとは?1分でわかる意味、作用反作用、角度、問題と計算、張力との関係

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