【高校物理】力学の定義・法則などのまとめ①！

力は複数の力を1つに「合成」して考えることができる。反対に1つの力を複数の力に「分解」して考えることができる。

物体に働く全ての力が互いに打ち消しあっている状態を力のつり合いという。力がつり合っていると物体は静止し続けるか、等速直線運動を続ける。

物体が他の物体に力を加えるとき、同じ大きさで逆方向の力が返ってくる。これを作用・反作用の法則（ニュートンの第三法則）という。

　張力は物体を引っ張る力のことで、糸やロープなどが引っ張られているときに発生する。上図のように糸につながったおもりが重力と釣り合っている場合は下記の式が成り立つ。

$$T=mg$$

　変形した物体が元の形に戻ろうとする力を「弾性力」という。弾性力は変形の大きさに比例 (フックの法則)して、下記の関係式となる。(Fは弾性力、kはバネ定数、xは変形の大きさ)

$$F=kx$$

　物体が接触面を滑るときに生じる抵抗する力を「摩擦力」という。

摩擦力は、物体が接触面に対して静止している場合の静止摩擦力と、滑っている場合の動摩擦力に分けられる。

静止摩擦力は物体が静止している範囲では外力に応じて変化し、\(f_s\leq\mu_sN\) を満たす。最大静止摩擦力は \(f_{s,\max}=\mu_sN\) である。動摩擦力は近似的に \(f_k=\mu_kN\) と表される。

　物体が置かれた斜面の角度を傾けていったときに、物体が滑り始める角度のことを「摩擦角」という。

水中に存在する物体には下記の大きさの上向きの力である浮力が発生する。
(\(\rho\)：液体の密度、V：物体の体積、g：重力加速度)

$$F=\rho V g$$

　力が物体を回転させる効果を表す量を力のモーメントという。回転中心から力の作用点までの距離を \(r\)、力の大きさを \(F\)、両者のなす角を \(\theta\) とすると、力のモーメントの大きさは 力のモーメント　\(M=rF\sin\theta\) となる。また、回転中心から力の作用線までの垂直距離を \(\ell\) とすると \(M=F\ell\) と表せる。

\(M=rF\) は \(r\) と \(F\) が垂直な場合に成り立つ。

　物体の重さの中心を示す点を重心という。

速度が一定の運動を等速直線運動、加速度が一定の運動を等加速度直線運動という。

　重力のみが働く状況で物体が落下する運動を「自由落下運動」という。

　物体を鉛直方向に投げ上げる運動のことを「鉛直投射」という。

　物体を水平に投げ出す運動を「水平投射」という。

　物体を斜め方向に投げ出す運動を「斜方投射」という。