１回転半ひねり！質点と剛体の運動の違い【力のモーメント】
サイエンストレーナーの桑子研です。このサイトで科学を一緒に楽しみましょう。
中学や高１年で学習をする「運動の法則」の分野では、力を加えると物体の運動の様子が変化する、あるときは等加速度直線運動をする…、というようなことを学びました。このとき、物体を質量のある点として扱い、実は大きさを無視していました。この物体の中心に質量が集中しているとみなした点を「質点」といいます。
質点であれば、大きさは関係ないので計算上、ボールを投げた場合でも、鉄アレイを投げた場合でも同じように飛んでいきます。しかし現実に投げてみると、鉄アレイはずいぶん違った感じで飛んでいくことが想像できますよね。
力のモーメントで扱う物体は、質点ではなく「剛体」です。剛体とは、大きさがあって、変形しない物体のことです。より現実の物体に近いものと考えてください。例えば、次の動画を御覧ください。
この人形の重心はおへそのあたりにあります。重心にむかって力を加えると…、人形は力の加わった方向に動きました。このような運動を「並進運動」といいます。
では重心ではないところに力を加えてみましょう。例えば人形を立たせて、足の部分に同じように力を加えてみます。すると、人形は回転をしながら動きました。これは回転運動と並進運動が組み合わさった運動です。
力のモーメントで扱うのは、この人形のように大きさのある物体の運動の、回転についてです。大きさのある物体は、質点と違って、この人形のように回転運動もします。
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