更新:2024/10/16
【物理】作用反作用の法則の意味と具体例について
はるか
ニュートンの第三法則って知ってる？
ふゅか
もちろん！作用反作用の法則のことね。
1. 作用反作用の法則とは？
作用反作用の法則は、ニュートンの第三法則とも呼ばれ、次のように定義されています。
ある物体が別の物体に力を加えると、その物体から同じ大きさで逆向きの力が返ってくる。
この法則の基本的な考え方は、「すべての力にはそれに対応する反対方向の力が存在する」というものです。つまり、どちらか一方が力を加えると、必ず相手からも同じ大きさの力が反対方向に働きます。これが「作用」と「反作用」の関係です。
ふゅか
例えば、壁を押すとき、壁も私たちを押し返しているんだね。面白い！
はるか
普段は意識しないけど、大事な原理だよ。
2. 具体例
はるか
壁を押すと、壁も同じ力で押し返す。それが垂直抗力。
ふゅか
なるほど！ノートに文字を書くときも、鉛筆に力が返ってくるんだね。
2.1. 壁を押したとき
例えば、あなたが壁を押すとき、あなたは壁に力を加えています。その瞬間、壁もあなたに同じ大きさの力を返しています。この力を「垂直抗力」と呼びます。たとえ壁は動かなくても、押し返しているのです。
2.2. ノートに文字を書いたとき
もう一つの例として、ノートに鉛筆で文字を書く場面を考えましょう。鉛筆でノートに力を加えているとき、ノートはその力に抵抗して反作用として同じ力を鉛筆に返しています。このとき働いている力も「垂直抗力」です。ノートに力を加えているつもりでも、実は鉛筆に対しても力が働いているのです。
このように、作用反作用の法則は、私たちの日常生活の至るところで見ることができます。何かに力を加えたとき、必ずその反対の方向にも力が働いていることを意識してみると、物理の世界が少し身近に感じられるかもしれません。
3. 例題
物体A（質量：\( m \) kg）と物体B（質量：\( M \) kg）がある。AはBの上に乗っており、これらの物体は静止しているとする。重力加速度は \( g \) \( [m/s^2] \) とする。
- このとき、Aが受ける垂直抗力を求めなさい。
- Bが受ける垂直抗力を求めなさい。
物体に働く力を書くと、次のようになります。
まず、Aに着目して、力のつり合いを考えます。Aに働く重力は、$mg$であるので、Aの垂直抗力$N_A$は
$$N_A=mg$$
次に、Bに着目して、力のつり合いを考えます。Bは地面からの垂直抗力を受けています。また、作用反作用の法則から、Bは$N_A$の力を受けています。したがって、
$$\begin{align*}N_B &=Mg+N_A \\ &=(M+m)g \end{align*}$$
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