は〜いブツリンです。
これから…飛行機はとても重いけど引っ張る事ができるのかな〜？子供たちとお父さんお母さんが力を合わせる。
（ホイッスル）・用意スタート。
（掛け声）
（ブツリン）う〜ビクともしないぞ。
あっ動いた。
みんなで力を合わせたからだね。
ところで今日は「力を合わせる」とその反対の「力を分ける」について考える。
こんにちは…私たちも力を合わせれば１＋１は２以上の力を発揮する事ができます。
僕と有彩さんが力を合わせれば百人力。
みんなを引っ張っていくよ。
ところでさ子供たちに負けてられないよね。
そうだね。
じゃあ僕たちも綱引きやってみようか。
うん。
まあ結果は分かってるんだけどね。
え〜でも私結構力持ちだよ。
そうなの？うん。
じゃあやってみようか。
うん。
いくよ〜。
（２人）１２の３。
そのままそのまま。
２人とも強く引っ張って。
（２人）え〜？そこで今日のポイントは…ややこしそうだな。
う〜んでも大丈夫。
現象をしっかり見ていけば絶対大丈夫。
今日は力の２回目。
身近な力を掘り下げていきましょう。
講師は川角博先生です。
先生よろしくお願いします。
（川角）よろしくお願いします。
今日の学習では力を矢印で表すと力の現象がとっても分かりやすくなるんですよ。
そんな勉強します。
ところで２人は今綱を引いてましたよね。
でも動きませんでした。
明らかに…このつり合いの条件をちょっと調べてみたいんですね。
そこでこんな実験装置を用意してみたんですよ。
ほらフワフワフワ〜。
いや先生何ですか？これは。
これねなんと…いや〜そこまですごい装置には見えないんですけど。
見えないね。
確かにね。
でもこれで力のつり合いの条件を確認してみたいのでよ〜く力の働きを見てほしいんです。
じゃあまずねこれ２人で持ってもらえるかな？ひもを２人で両方から引っ張って力をつり合わせてみて下さい。
はい分かりました。
いくよ。
せ〜の！えっ？そう止まりましたよね。
という事は力がつり合ってるという事ですね。
これを調べてみましょう。
この時この物体に働いている力が分かりますか？この物体に働いている力は２つあります。
これを表すとこんなふうになるんですね。
はいこれはひもを結んでいる所が作用点で力は反対向きに同じ大きさです。
そして２つの力は同じ直線上にあります。
これを作用線といいます。
はいそうですね。
ではこの力のつり合いの条件をまとめてみましょう。
力のつり合い条件が分かったところでじゃあこんな場合はどうですか？本？はい。
この本に働いている力を見つけてみましょう。
それは簡単です。
本には下向きに働く重力があります。
ああなるほどね。
確かに地上の物体には…でも…という事は…熊谷君ここ。
ここに重力とつり合う力が働いてるんだよ。
え〜！ですからこの力…これをですねちょっと説明してみましょうか。
本にはまず重力が働いてますね。
こんなふうに下向きに働きます。
という事はこれとつり合う力が必要で本が机を押すと机が本を押し返す垂直抗力というのが働いてるんですよ。
熊谷君つり合い条件に当てはめてみて。
え〜っとこれは本に重力と垂直抗力が働いていて同じ作用線上にある。
そしてその２つの力は反対向きで大きさが同じ。
確かめられましたね。
もう少し説明しよう。
垂直抗力は１つの矢印で表しているけど実際には本の至る所を押し上げている。
でも全部の力をまとめて１つの矢印で表す。
重力の矢印も同じなんだ。
それに垂直抗力と重力の作用線も同じ直線上にあるけど少しずらして分かりやすくしているんだよ。
続いては「２つの力を１つの力とみなす」。
熊谷君持ってきて。
は〜い。
あ〜重い。
はいじゃがいもです。
はいありがとう。
じゃあこれを２人でまずは並んで持ってみましょう。
いくよせ〜の。
うんうん。
やっぱり２人で持てば軽いね。
そうだよね。
じゃあ一歩ずつ離れて持ってみましょう。
よいしょ…。
お〜。
やっぱり少し引っ張られる感じがするね。
そうだね。
じゃあもう一歩ずついってみましょう。
あ〜。
お〜これは力強くしないとなかなか持ってられないね。
そうだよね。
なぜこんなに強く引っ張られたのか１つずつ実験で確かめてみましょう。
これは力の大きさをニュートンで表すばねはかりです。
これは世界共通でニュートンと呼ぶ。
覚えておいてね。
まず１つのばねはかりにおもりをつるしておもりを持ち上げる時に必要な力をはかります。
５．０Ｎです。
次に２つ平行に並べたばねはかりにおもりをつるした時の力をはかってみましょう。
目盛りは左右どちらも２．５Ｎで同じです。
２つ足すと５．０Ｎになります。
それではおもりに働く力を矢印で表して確認しましょう。
まずおもりに働いている重力と２つのばねはかりが引く力があります今おもりに働いている力がつり合っています。
という事は…うんそうだね。
その力がどこにあるのか？この２つのばねはかりが引く力上向きの力じゃないかな？あっそうか。
２つを足すとちょうど５Ｎになる。
という事はこの２つの力が平行の時は２つを足せば求められるって訳。
なるほど。
じゃあ２つの力の角度を広げるとどうなるのか？実験の続きを見ていきましょう。
次にばねはかりの引っ張る向きを変えて力の大きさをはかります。
最初は角度を３０度にします。
引く力が大きくなりました。
ばねはかりの角度を更に広げます。
角度は６０度。
２つの大きさを足すと１０Ｎにもなります。
つまり…でもその２つの力の大きさを足してもおもりに働く重力の大きさと同じじゃないんだ。
では今の実験を２つの力のつり合い条件で考えてみましょう。
実はここでは３つの力が働いてつり合ってるんですよね。
この文字の上に矢印があるのは力を向きまで考えて表しているという事なんですね。
でも先生これって同じ作用線上にあるっていう…そういう場合はどうなるんですか？実はここにはですねもう一つ見えない力が働いてるんです。
じゃあ見えない力を見つけてみましょう。
それは今ここに点線で矢印で描かれましたけどこの物体に働く重力とつり合う力ですからこれをちょうど反対向きにしたこんな力が働いているべきですね。
ところがこの力は実際にはありません。
この力を作り出しているのはこのとのはずですね。
このようにとから一つの働きをする力を求める事を力の合成というんですね。
そしてこの力の事を合力とこういうふうにいうんです。
これを式にするとこうなります。
この時に矢印がついてますから向きまで考えて足し算しましょうという事なんですね。
ところでこのおもりの上のここの矢印の部分。
この形は何でしょうね？これはひし形ですか？はいそうですよね。
ひし形というのは平行四辺形の特別な場合の形ですね。
ではこの合力を求めるためにはどうしたらいいのか。
それはこの２つの力をそれぞれの辺とする平行四辺形を描いて下さい。
その平行四辺形の対角線に描いたこの矢印。
これが合力なんですね。
このようにする事を…熊谷君私たちがじゃがいもを持ち上げた時の事も同じように説明できるんだよ。
じゃがいもに働く重力と２人の力を足した合力がつり合っていて平行四辺形の対角線と同じになるよね。
そして２人の角度も広がればそれぞれ引く力が大きくなるって事。
そうだね。
重いものを持つコツはそばに並んで同じ向きに持ち上げるって事だよね。
そういう事だよね。
今度は「１つの力を２つに分ける」。
この帆船を使って実験してみます。
それでは熊谷君準備いい？はいＯＫです。
は〜い。
じゃあ風を真後ろから当てて出発。
お〜。
速い速い速い。
お〜いい感じ。
じゃあ次は帆船の帆の角度を変えてドライヤーの風の向きも変えてみます。
はいお願いします。
よ〜し出発。
あれっあれっ。
あお〜。
ちょっと遅くなったね。
いや〜…これって帆の角度に関係あると思わない？うん。
それではもう少し詳しく調べてみましょう。
黒い台がプロペラの風の力でレールの上をどれくらい進むのか実験します。
台の上に取り付けたプロペラ部分は向きを自由に変える事ができます。
レールの小さな穴から空気を出して台が滑らかに動くように工夫しています。
ばねを台に取り付けます。
ばねが伸びた長さつまり…スタート位置です。
ばねが自然の長さの時台の先端は赤い線にあります。
目盛りの１マスは…まずプロペラの角度が０度の場合。
台に働くプロペラの力をはかります。
次にプロペラの角度を３０度傾けます。
プロペラの力は同じです。
次にプロペラを６０度傾けます。
プロペラの角度が３０度６０度と大きくなるにつれて台が前に進もうとする力が小さくなります。
う〜ん角度が大きくなればばねの伸びも小さくなるのかな？というのがプロペラによって加わってる力です。
そして実際にはという力これが進もうとする力なんです。
そこでとを結んでここでが平行四辺形の対角線になるようにしましょう。
そうするとという力が現れます。
では６０度の場合はどうなるんでしょう。
６０度の場合もプロペラによる力は同じですけれども向きが変わりました。
進もうとする力ですね。
同じようにが対角線になるように結んでみるとという力が現れます。
さてこの２つの力比べてみましう。
３０度と６０度ではこんなふうになりますね。
ここで分かるように…ところでこのという力をとのように分ける。
このような操作を力の分解というんですね。
そしてとを…このとがもしも実際にあった場合にはこれを足すとちょうどになる。
そんな関係の力なんですね。
帆船の速さが遅くなったのも進もうとする力が帆が受ける風の力の分力だったからです。
それではここで力の分解のしかたを説明しましょう。
例えば力をＬＬの２つの方向に分けます。
Ｆの矢印の先からＬとＬに平行の線を引きます。
すると平行四辺形が出来ました。
とがの分力です。
力の合成や力の分解は実際にノートに書いてみるとよく分かります。
今日は力を合わせる力を分けるについて学習しました。
力を合わせたり分けたりって日常生活でも使うけど物理の目で見る事もできるんだね。
うん。
合力や分力を求めるためには矢印を使うと分かりやすかったですよね。
そして力はその向きまで考えて計算しなければいけません。
力を合わせて頑張ろうなんていう時にはその向きも考えなきゃいけないんだね。
うん私たちも向きを考えながら力を合わせて頑張ろうね。
そうだね。
それでは皆さんさようなら。
さよなら。
机に置かれた本には重力と垂直抗力の２つの力がつり合っています。
合力は平行四辺形の対角線の大きさと向きになります。
2014/06/04(水) 14:20〜14:40
ＮＨＫＥテレ１大阪
ＮＨＫ高校講座　物理基礎「力を合わせる　力を分ける〜力の合成と分解〜」[字]

今回の学習は力の合成と分解について学習する。ポイントは　１．力のつり合いを調べる　２．２つの力を１つの力とみなす　３．１つの力を２つに分けるの３つについて学ぶ。

詳細情報
番組内容
一つの物体にはたらく２力のつり合い条件は、「２力は同一作用線上、互いに反対向き、大きさは等しい」。二つの力を合わせたのと同じはたらきをする一つの力を合力と呼ぶ。逆に、一つの力を二組の力（これを分力と呼ぶ）に分けることもできる。このとき平行四辺形の法則がポイントとなる。力の合成と分解を理解する。【出演】川角博（東京学芸大学附属高校副校長）【司会】黒田有彩、熊谷知博
出演者
【講師】東京学芸大学附属高等学校教諭…川角博，【司会】黒田有彩，熊谷知博

ジャンル :
趣味／教育 – 中学生・高校生
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音声 : 2/0モード（ステレオ）
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