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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

この記事の要点

力の3要素とは「力の大きさ・力の方向・力の作用点」の3つで、この3つで力の性質を完全に表すことができる。

力はベクトルであるため大きさと方向の両方を持ち、矢印の長さで大きさを、矢印の向きで方向を、矢印の始点（または先端）で作用点を表す。

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力の3要素とは、力の大きさ、方向、作用点という３つの要素を意味します。力の持つ性質は、この３つで説明できます。


今回は、力の3要素の意味、力の大きさ、作用点、方向について説明します。なお、力のモーメントは、任意の点に回転を生じさせる力です。

力とは何か？3分でわかる意味、物体の移動、回転、変形との関係

力のモーメントってなに？本当にわかるモーメントの意味と計算方法

力の3要素とは？

力の3要素とは、力の性質を表す


力の大きさ

力の方向

力の作用点


です。下図をみてください。力の作用点とは、力の作用する位置を表します。力の方向は、力の作用する向きを意味します。


力は鉛直、水平に作用するとは限りません。斜めに作用する荷重もあります。力の方向は大切な情報です。

力の3要素


なお、物理学では力の大きさを矢印の長さで表します。構造力学では、外力の値を直接明記することが多いです。※外力の意味は下記をご覧ください。

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、摩擦力との関係


また、複数の力を１つの力に合成することを、「力の合成」といいます。合成された力は、合力です。力の合成、合力の意味は、下記が参考になります。

力の合成とその計算方法

合力とは？1分でわかる意味、読み方、求め方、角度との関係


逆に、１つの力を複数に分解することを、「力の分解」といいます。分解された力を、分力といいます。詳細は下記をご覧ください。

力の分解その計算方法

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力の大きさ

力の大きさは、矢印の長さか、数値で表します。矢印が長い方が、力が大きいです。


数値で書くとき注意したのが単位です。必ず力の単位を書きましょう。力の単位は、下記が参考になります。

荷重の単位とは？1分でわかる意味、種類、換算、ニュートン、nとの関係

力の作用点

力の作用点とは、力の作用する位置です。後述する「力のモーメント」の大きさにも影響します。

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

力の方向

力には方向があります。鉛直に作用する力、水平に作用する力、斜めに作用する力がありますね。

鉛直荷重とは？1分でわかる意味、読み方、求め方、計算式、垂直荷重

水平荷重とは？1分でわかる意味、種類、求め方、単位、鉛直荷重との違い

力のモーメント

力のモーメントとは、任意の点に回転を生じさせる力のことです。下図をみてください。これが力のモーメントです。

力のモーメントの意味、求め方は下記が参考になります。

力のモーメントってなに？本当にわかるモーメントの意味と計算方法

混同しやすい用語

力の作用点

力の作用点とは、力が物体に作用する位置のことで、同じ大きさ・方向の力でも作用点が変わると力のモーメントが変化し、物体への影響が変わる。

力の作用線とは、力のベクトルの延長線全体を指す概念であり、作用点は作用線上の特定の1点を指す点で意味が異なる。

力の作用線

力の作用線とは、力のベクトルを延長した直線のことで、２力のつり合い条件では「2つの力が同一の作用線上にある（同一直線上に作用する）」という条件として用いられる。

力の作用点は作用線上の特定の1点を指し、作用線は力の方向に沿った無限の直線全体を指すため、両者は意味する範囲が異なる。

試験での問われ方｜管理人の一言

建築士試験では「力の3要素は大きさ・方向・作用点」という定義の確認問題や、力を矢印で正しく表す問題が基礎知識として出題される。

力の3要素は構造力学全体の出発点なので、各要素が変化したときの影響（合力・モーメントへの影響）をイメージできるようにしておこう。

まとめ

今回は力の3要素について説明しました。力の3要素は、力の大きさ、方向、作用点のことです。


力の性質は、この３つで決まります。それぞれの意味を理解してくださいね。また、特殊な例として、力のモーメント、斜め荷重などがあります。

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