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理科 1年

力ちからのはたらき

最終確認日:

この章しょうで学まなぶこと

第だい 4 章しょうでは 「力りょく」 を学まなびます。 ふだん何気なにげなく 「力ちからが強つよい」 「重おもい」 と言いいますが、 理科りかでは 「力ちから」 を 数すう値ちと向むきできちんと表あらわす」 ことを学まなびます。

  • 力ちからの 3 つのはたらき を言いえる
  • 力ちからの種しゅ類るい (重力じゅうりょく・弾性力だんせいりょく・摩擦力まさつりょく・垂直抗力すいちょくこうりょく・磁力じりょく・電気の力でんきのちから) を区く別べつできる
  • 力ちからの 単たん位い = ニュートンにゅーとん (N) を知しる
  • ばねばかり で力ちからをはかれる、 フックの法則ふっくのほうそくを知しる
  • 質量しつりょう と 重さおもさ のちがいを言いえる (g と N の区く別べつ)
  • 力りょくの矢印やじるし で表あらわす方法ほうほうを知しる
  • 力りょくのつり合いつりあい の 3 条じょう件けんを言いえる

ポイント: 中学ちゅうがくからは 「重おもい」 と 「質量しつりょうが大おおきい」 を区く別べつします。 g (グラム) は物ものの 質量しつりょう の単たん位い、 N (ニュートンにゅーとん) は 重さおもさ = 力ちから の単たん位い。 月つきでは 「質量しつりょうは同おなじでも重さおもさが 6 分ぶんの 1」 になるのです。

1. 力ちからの 3 つのはたらき

物ものに 「力ちからがはたらく」 とはどういうことでしょうか。 つぎの 3 つのどれか (または同時どうじに複ふく数すう) を起おこすことです。

はたらきれい
① 動うごきを変かえる止とまっていたボールをけると転ころがる、 走はしっている自じ転てん車しゃにブレーキをかける
② 形かたちを変かえるねん土どを押おす、 ばねを引ひっ張ぱる、 ゴムをのばす
③ 物ものを支ささえる机つくえが本ほんをささえる、 つりひもがブランコをささえる

大事だいじ: 物ものが動うごかなくても、 形かたちが変かわらなくても、 「支ささえている」 だけで力ちからははたらいています。 立たっているあなたの足あしには、 体重たいじゅうと同おなじ力ちからが床ゆかから上うえにはたらいています。

2. 力ちからの種類しゅるい

中なか 1 で区く別べつする力ちからはつぎの 6 つです。

主おもな力ちからの種しゅ類るい

力ちからしくみれい
重力じゅうりょく地ち球きゅうが物ものを中心ちゅうしんに引ひく力ちからリンゴが落おちる、 自分じぶんが立たっていられる
弾性力だんせいりょく形かたちが変かわった物ものがもとに戻もどろうとする力ちからばね・ゴム・トランポリン
摩擦力まさつりょく触ふれあう面めんで動うごきを妨さまたげる力ちから床ゆかをすべらずに歩あるける、 ブレーキ
垂直抗力すいちょくこうりょく床とこや壁かべが物ものを 押おし返かえす 力ちから机つくえの上うえの本ほんが落おちない
磁力じりょく磁じ石しゃくが鉄てつを引ひきつける力ちから冷れい蔵ぞう庫のマグネット
電気の力でんきのちから静せい電でん気きで髪かみがさからったりする力ちから下した敷じきが髪かみを引ひきつける

接触せっしょくする力ちからと離はなれたままはたらく力ちから

種しゅ別べつ例れい
触ふれて初はじめてはたらく 力ちから弾性力だんせいりょく・摩擦力まさつりょく・垂直抗力すいちょくこうりょく (押おしたり触ふれたり)
離はなれていてもはたらく 力ちから重力じゅうりょく・磁力じりょく・電気の力でんきのちから

大事だいじ: 重力じゅうりょくと磁力じりょくと電気の力でんきのちからは 触ふれなくてもはたらく のが不思し議な点てん。 第だい 2 学年がくねん以い降こうや高校こうこうで 「場ば (ば)」 としてくわしく学まなびます。

3. 力ちからの単位たんい — ニュートン (N)

力ちからの大おおきさは ニュートンにゅーとん (N) という単たん位いで表あらわします。 イギリスの科か学がく者しゃアイザック・ニュートンの名前なまえにちなんでいます。

アイザック・ニュートンの肖像画 (1689 年)
アイザック・ニュートン (1642 - 1727) — イギリスの科か学がく者しゃ。 力ちからの単たん位い ニュートンにゅーとん (N) は彼かれの名前なまえにちなんでつけられた。 「リンゴが落おちる」 から万有引力ばんゆういんりょくを発見はっけんした逸いつ話わで有名ゆうめい。

1 ニュートンとは

1 N = 約やく 100 g (= 0.1 kg) の物ものにはたらく重力じゅうりょくの大おおきさ

物ものの質量しつりょうはたらく重力じゅうりょく
100 g約やく 1 N
500 g約やく 5 N
1 kg約やく 10 N
10 kg約やく 100 N

ポイント: きちんと言いうと 「1 kg の物ものにはたらく重力じゅうりょく = 約やく 9.8 N」 ですが、 中なか 1 では 「100 g = 約やく 1 N」 で計算けいさんします。

4. ばねばかりとフックの法則ほうそく

力ちからの大おおきさをはかる道どう具ぐに ばねばかり があります。 ばねの のび が、 引ひいた力ちからの大おおきさに比ひ例れいするのを利用りようします。

緑色の本体に目盛りとフックがついたばねばかり
ばねばかり。 下したのフックにおもりをつるすと、 中なかのばねがのびて 目め盛もり を示しめす。 ばねののびが 加くわえた力ちからに比ひ例れい する — このきまりが フックの法則ふっくのほうそく です。 中なか 1 では g (=質量しつりょう) と N (=重さおもさ / 力ちから) の両方りょうほうが目め盛もりされたものをよく使つかいます。

フックの法則ほうそく

ばねののびは、 加くわえた力ちからの大おおきさに比ひ例れいする

これを フックの法則ふっくのほうそく と言いいます。 イギリスの科か学がく者しゃロバート・フックが 1676 年ねんに発表はっぴょうしたきまり。

実じっ験けん: ばねとおもり

あるばねにおもりをつけ、 のびを測はかります。

おもりの質量しつりょうおもりの重さおもさばねののび
100 g1 N2 cm
200 g2 N4 cm
300 g3 N6 cm
400 g4 N8 cm
500 g5 N10 cm

グラフぐらふに書かくと、 横よこ軸じく・おもりの重さおもさ、 たて軸じく・のびとして、 きれいに 原げん点てんを通とおる直線ちょくせん になります。 これが 「比ひ例れい」 の形かたちです。

比例ひれいが成なり立たたなくなる場合ばあい

ばねを 引ひき伸のばし過すぎる と、 ばねが元もとに戻もどらなくなり、 比ひ例れいのきまりがこわれます。 これを 「弾性だんせいの限界げんかい」 と言いいます。 普段ふだんの実験じっけんではこの限げん界かいをこえない範はん囲いで使つかいます。

5. 質量しつりょうと重おもさのちがい

中なか 1 で 必かならず区く別べつすべき なのが、 質量しつりょうと重さおもさです。

質量しつりょう (g、 kg)

性せい質しつくわしく
何なにか物ものの 「物ぶっ質しつの量りょう」
単たん位いg、 kg
場所ばしょで変かわるか変かわらない (地ち球きゅうでも月つきでも同おなじ)
何なんではかるか上皿天秤うわざらてんびん や電子でんしてんびん

重おもさ (N)

性せい質しつくわしく
何なにか物ものにはたらく重力じゅうりょくの大おおきさ
単たん位いN
場所ばしょで変かわるか変かわる (月つきでは 6 分ぶんの 1)
何なんではかるかばねばかり

月つきではどうなるか

地ち球きゅう月つき
質量しつりょう 600 g の鉄てつの球きゅう600 g600 g (変かわらず)
その球きゅうの重さおもさ約やく 6 N約やく 1 N (6 分ぶんの 1)
その球きゅうをばねばかりにつけると6 N をさす1 N をさす

大事だいじ: 「質量しつりょう = 物ものそのもの」 「重さおもさ = 引ひかれる力ちから」。 太たい陽ようと月つきで強つよさがちがうから、 重さおもさは場所ばしょで変かわる。 でも 「物ものそのもの」 が変かわらない質量しつりょうはどこでも同おなじ。

6. 力ちからの表あらわし方かた — 矢印やじるしで書かく

力ちからは 大おおきさ・向むき・はたらく点てん (作用さよう点てん) の 3 つで決きまります。 この 3 つを同時どうじに表あらわすには、 矢印やじるし が便利べんりです。

矢印やじるしの約やく束そく

部ぶ分ぶん表あらわすもの
矢や印じるしの 始はじまりはたらく点てん (作用さよう点てん)
矢や印じるしの 長ながさ力ちからの大おおきさ (例れい: 1 N = 1 cm)
矢や印じるしの 向むき力ちからがはたらく向むき

例れい: 机つくえの上うえの本ほん

力ちから矢や印じるしの様よう子す
① 重力じゅうりょく本ほんの中心ちゅうしんから 下向したむき
② 垂直抗力すいちょくこうりょく本ほんの底そこ (机つくえと接せっする面めん) から 上向うわむき

2 つの力ちからが 同おなじ大おおきさで反対はんたい向むき にはたらくので、 本ほんは動うごかない。 これが 「力ちからのつり合いつりあい」 です。

7. 力ちからのつり合いつりあい

物ものに 2 つの力ちからがはたらいていても、 物ものが動うごかないことがあります。 この状じょう態たいを 力りょくがつり合っているつりあっている と言いいます。

2 力ちからがつり合あう 3 条件じょうけん

①2 つの力ちからが 同おなじ大おおきさ
②2 つの力ちからが 反対はんたいの向むき
③2 つの力ちからが 同どう一直線いっちょくせん上じょう にはたらく

つり合いつりあいの例れい

例れいはたらく 2 力ちから
机つくえの上うえの本ほん重力じゅうりょく (下か) と垂直抗力すいちょくこうりょく (上じょう)
つり下さげられたおもり重力じゅうりょく (下か) とひもの 張力ちょうりょく (上じょう)
床ゆかに立たつ自分じぶん重力じゅうりょく (下か) と床ゆかからの垂直抗力すいちょくこうりょく (上じょう)
水みずの中なかで浮ういているボール重力じゅうりょく (下か) と 浮力ふりょく (上じょう) (第だい 4 章しょう後こう半はんや中なか 2 で詳くわしく)

ポイント: 「動うごかない = 力ちからがはたらいていない」 ではありません。 「動うごかない = 力ちからが つり合っているつりあっている」。 動うごいていなくても、 重力じゅうりょくと垂直抗力すいちょくこうりょくが必かならずはたらいています。

8. 私わたしたちの生活せいかつと力ちから

場ば面めんはたらく力ちから
自じ転てん車しゃをこぐ足あしがペダルを押おす力ちから、 タイヤと道みちの摩擦力まさつりょく
ブレーキ摩擦力まさつりょくで止とめる
トランポリン弾性力だんせいりょくではね上あがる
屋や根ねのつらら重力じゅうりょくで落おちる (大だいけがの危き険けん)
磁じ石しゃくで鉄てつがくっつく磁力じりょく
静せい電でん気きで髪かみがさからう電気の力でんきのちから
ぱちんこ・パチンコで玉たまをとばす弾性力だんせいりょく
自分じぶんが立たつ・歩あるく重力じゅうりょく・垂直抗力すいちょくこうりょく・摩擦力まさつりょくが同時どうじに

9. ふりかえり

この章しょうで学まなんだことをふりかえりましょう。

  • [ ]力りょくの 3 つのはたらき (動うごきを変かえる・形かたちを変かえる・支ささえる) を言いえる
  • 重力じゅうりょく・弾性力だんせいりょく・摩擦力まさつりょく・垂直抗力すいちょくこうりょく・磁力じりょく・電気の力でんきのちから を区く別べつできる
  • [ ]触ふれてはたらく力ちからと離はなれてはたらく力ちからを区く別べつできる
  • [ ]力りょくの単たん位い = ニュートンにゅーとん (N)、 100 g の物ものにはたらく重力じゅうりょく = 約やく 1 N
  • フックの法則ふっくのほうそく = ばねののびは力ちからに比ひ例れいする
  • 質量しつりょう (g・kg、 場所ばしょで変かわらず) と 重さおもさ (N、 場所ばしょで変かわる) のちがいを言いえる
  • [ ]月つきでは重さおもさが 6 分ぶんの 1 になる (が質量しつりょうは同おなじ)
  • [ ]力りょくを矢印やじるしで表あらわす 3 要よう素そ (大おおきさ・向むき・作用さよう点てん) を言いえる
  • [ ]力りょくの つり合いつりあい の 3 条じょう件けんを言いえる

この章しょうの安全あんぜん配はい慮りょ

  • おもりを落おとさない — ばねばかりの実じっ験けんでおもり (50 g・100 g) を足元あしもとに落おとしてけがしないよう、 机つくえの端はじで操そう作さしない
  • ばねを引ひき過ぎすぎない — 弾性だんせいの限界げんかいをこえるとばねが戻もどらなくなり、 飛とんで顔かおに当あたる危き険けん。 保護メガネほごめがねをつける
  • 足元あしもとを整せい理り — 通とおり道みちに物ものを置おかない
  • 磁じ石しゃく を強つよくぶつけない、 心臓しんぞうペースメーカーを付つけた人ひとに近ちかづけない
  • 電でん気きの実じっ験けん で静せい電でん気きを起おこすときは、 心臓しんぞうや電子でんし機き器き (時計とけい・スマホ) に直接ちょくせつふれさせない

次じの章しょう: 第だい 5 章しょうでは 「物ぶっ質しつの状じょう態たい」 を学まなびます。 物ものを細こまかく見みていくと、 すべてが 小ちいさなつぶ でできている。 固体こたい・液体えきたい・気体きたいの違ちがい、 状態変化じょうたいへんか、 そして 密度みつど を学まなびます。

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