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第 4 章 で は 「力」 を 学び ます。 ふだん 何気 な く 「力 が 強い」 「重 い」 と 言 い ま す が、 理科 で は 「力」 を 数値 と 向 き で きちんと 表 す」 こと を 学 び ま す。
ポイント: 中学 から は 「重 い」 と 「質量 が 大 きい」 を 区別 し ま す。 g (グラム) は 物 の 質量 の 単位、 N (ニュートン) は 重さ = 力 の 単位。 月 で は 「質量 は 同 じ で も 重さ が 6 分 の 1」 に な る の で す。
物 に 「力 が はたらく」 と は どう い う こ と で しょ う か。 つぎ の 3 つ の どれ か (ま た は 同時 に 複数) を 起 こ す こと で す。
| はたらき | れい |
|---|---|
| ① 動き を 変える | 止まって い た ボール を ける と 転がる、 走って い る 自転車 に ブレーキ を かける |
| ② 形 を 変える | ねん 土 を 押す、 ばね を 引っ張る、 ゴム を のばす |
| ③ 物 を 支える | 机 が 本 を ささえる、 つり ひも が ブランコ を ささえる |
大事: 物 が 動か な く て も、 形 が 変 わ ら な く て も、 「支え て い る」 だけ で 力 は は た ら い て い ま す。 立って い る あ な た の 足 に は、 体重 と 同 じ 力 が 床 か ら 上 に は た ら い て い ま す。
中 1 で 区別 す る 力 は つぎ の 6 つ です。
| 力 | しくみ | れい |
|---|---|---|
| **[[重力 | じゅうりょく]]** | 地球 が 物 を 中心 に 引く 力 |
| **[[弾性力 | だんせいりょく]]** | 形 が 変 わ っ た 物 が も と に 戻ろう と す る 力 |
| **[[摩擦力 | まさつりょく]]** | 触 れ あ う 面 で 動き を 妨 げ る 力 |
| **[[垂直抗力 | すいちょくこうりょく]]** | 床 や 壁 が 物 を 押し 返 す 力 |
| **[[磁力 | じりょく]]** | 磁石 が 鉄 を 引き つ け る 力 |
| **[[電気の力 | でんきのちから]]** | 静電気 で 髪 が さ か ら っ た り す る 力 |
| 種別 | 例 |
|---|---|
| 触 れ て 初めて は たらく 力 | [[弾性力 |
| 離 れ て い て も は たらく 力 | [[重力 |
大事: 重力 と 磁力 と 電気の力 は 触 れ な く て も は た ら く の が 不思議 な 点。 第 2 学年以降 や 高校 で 「場 (ば)」 と し て く わ し く 学 び ま す。
力 の 大 き さ は ニュートン (N) と い う 単位 で 表 し ま す。 イ ギ リ ス の 科学者アイザック・ニュートン の 名前 に ち な ん で い ま す。
1 N = 約 100 g (= 0.1 kg) の 物 に は たらく 重力 の 大 き さ
| 物 の 質量 | は たらく 重力 | |---:|---:| | 100 g | 約 1 N | | 500 g | 約 5 N | | 1 kg | 約 10 N | | 10 kg | 約 100 N |
ポイント: き ち ん と 言う と 「1 kg の 物 に は たらく 重力 = 約 9.8 N」 で す が、 中 1 で は 「100 g = 約 1 N」 で 計算 し ま す。
力 の 大 き さ を は か る 道具 に ばねばかり が あ り ま す。 ばね の の び が、 引 い た 力 の 大 き さ に 比例 す る の を 利用 し ま す。
ばね の の び は、 加 え た 力 の 大 き さ に 比例 す る
これ を フックの法則 と 言 い ま す。 イ ギ リ ス の 科学者 ロ バ ー ト・フ ッ ク が 1676 年 に 発表 し た き ま り。
ある ばね に お も り を つ け、 の び を 測 り ま す。
| お も り の 質量 | お も り の 重さ | ばね の の び | |---:|---:|---:| | 100 g | 1 N | 2 cm | | 200 g | 2 N | 4 cm | | 300 g | 3 N | 6 cm | | 400 g | 4 N | 8 cm | | 500 g | 5 N | 10 cm |
グラフ に 書 く と、 横軸・お も り の 重さ、 た て軸・の び と し て、 きれい に 原点 を 通る 直線 に な り ま す。 これ が 「比例」 の 形 で す。
ばね を 引 き 伸 ば し 過 ぎ る と、 ばね が 元 に 戻 ら な く な り、 比例 の き ま り が こ わ れ ま す。 これ を 「弾性の限界」 と 言 い ま す。 普段 の 実験 で は こ の 限界 を こ え な い 範囲 で 使 い ま す。
中 1 で 必ず 区別 す べき な の が、 質量 と 重さ で す。
| 性質 | くわしく |
|---|---|
| 何 か | 物 の 「物質 の 量」 |
| 単位 | g、 kg |
| 場所 で 変 わ る か | 変 わ ら な い (地球 で も 月 で も 同 じ) |
| 何 で は か る か | **[[上皿天秤 |
| 性質 | くわしく |
|---|---|
| 何 か | 物 に は たらく [[重力 |
| 単位 | N |
| 場所 で 変 わ る か | 変 わ る (月 で は 6 分 の 1) |
| 何 で は か る か | ばねばかり |
| 地球 | 月 | |
|---|---|---|
| [[質量 | しつりょう]] 600 g の 鉄 の 球 | 600 g |
| そ の 球 の [[重さ | おもさ]] | 約 6 N |
| そ の 球 を ばね ば か り に つ け る と | 6 N を さ す | 1 N を さ す |
大事: 「質量 = 物 そ の も の」 「重さ = 引 か れ る 力」。 太陽 と 月 で 強 さ が ち が う か ら、 重さ は 場所 で 変 わ る。 で も 「物 そ の も の」 が 変 わ ら な い 質量 は ど こ で も 同 じ。
力 は 大 き さ・向 き・は たらく 点 (作用点) の 3 つ で 決 ま り ま す。 こ の 3 つ を 同時 に 表 す に は、 矢印 が 便利 で す。
| 部分 | 表 す も の |
|---|---|
| 矢印 の 始 ま り | は たらく 点 (作用点) |
| 矢印 の 長 さ | 力 の 大 き さ (例: 1 N = 1 cm) |
| 矢印 の 向 き | 力 が は たらく 向 き |
| 力 | 矢印 の 様子 |
|---|---|
| ① [[重力 | じゅうりょく]] |
| ② [[垂直抗力 | すいちょくこうりょく]] |
2 つ の 力 が 同 じ 大 き さ で 反対向 き に は たらく の で、 本 は 動 か な い。 こ れ が 「力 の つり合い」 で す。
物 に 2 つ の 力 が は たら い て い て も、 物 が 動 か な い こ と が あ り ま す。 こ の 状態 を 力 が つり合っている と 言 い ま す。
| ① | 2 つ の 力 が 同 じ 大 き さ |
|---|---|
| ② | 2 つ の 力 が 反対 の 向 き |
| ③ | 2 つ の 力 が 同一直線上 に は たらく |
| 例 | は たらく 2 力 |
|---|---|
| 机 の 上 の 本 | [[重力 |
| つり 下げ ら れ た お も り | [[重力 |
| 床 に 立 つ 自分 | [[重力 |
| 水 の 中 で 浮 い て い る ボール | [[重力 |
ポイント: 「動 か な い = 力 が は たら い て い な い」 で は あ り ま せ ん。 「動 か な い = 力 が つり合っている」。 動 い て い な く て も、 重力 と 垂直抗力 が 必ず は たら い て い ま す。
| 場面 | は たらく 力 |
|---|---|
| 自転車 を こ ぐ | 足 が ペダル を 押 す 力、 タイヤ と 道 の [[摩擦力 |
| ブレーキ | [[摩擦力 |
| トランポリン | [[弾性力 |
| 屋根 の つ ら ら | [[重力 |
| 磁石 で 鉄 が く っ つ く | [[磁力 |
| 静電気 で 髪 が さ か ら う | [[電気の力 |
| ぱ ち ん こ・パチンコ で 玉 を と ば す | [[弾性力 |
| 自分 が 立 つ・歩 く | [[重力 |
この 章 で 学んだ こと を ふりかえりましょう。
次の 章: 第 5 章 で は 「物質 の 状態」 を 学 び ま す。 物 を 細 か く 見 て い く と、 す べ て が 小 さ な つ ぶ で でき て い る。 固体・液体・気体 の 違 い、 状態変化、 そ し て 密度 を 学 び ま す。