力のみつけ方

 力は、あくまで着目している物体の未来予測のためにみつける。では、どのようにみつけたら過不足なくみつけることができるだろうか。

 まず、力は大別して2種類あることに注意しよう。
①遠隔力=相手が離れていても受ける力
接触力=相手がくっついていることによって受ける力
である。

 遠隔力は初歩的には、重力・電気力・磁力の3つ。いずれも相手がくっついていても、離れていても受ける力である。力学のほとんどの場面で、一様重力 mg を考える。だから、これを真っ先にみつけよう。力と言えば「まずは重力」、「重力と言ったら mg 」である。

 接触力はさらに大別して3つある。
(1) 垂直抗力=相手から接触面において垂直に押される力
(2) 張力=相手から接触点において引かれる力
(3) 摩擦力=相手から接触面に平行に「こすられる向きの」力
押してもダメなら引いてみな、引いてもダメなら…というわけだ。

 多くの場合、接触面において(1)と(3)は同時に作用するひとつの力とみることができる。接触しているために互いに受け合う力で、相手も原因も同じだから本来ひとつの力なのだ。これを「抗力」という。多くの場合抗力は垂直抗力と摩擦力とに分解して考察する。その方が便利な場合が多いからである。しかし、もともと抗力はあくまでひとつの力なのであり、垂直抗力と摩擦力に分けるのはあくまで便宜的な操作に過ぎない。したがって、分解するときに垂直抗力と摩擦力の作用点は必ず一致させるべきである。

 斜面上におかれた物体が静止しているとき、物体が受ける力がつりあっている。これをあえて
A:重力
B:垂直抗力
C:摩擦力
の3力のつりあいとする場面が多くみられる。しかし、BとCはあくまで重力と逆向きに真上に作用する抗力を分解しただけのことであり、つりあいを考えるためだけならば分解する必要もないのだ。

さて、整理しよう。力をみつけるには、
(i) まずは重力(遠隔力)をみつけよう
(ii) あとはくっついている相手をさがせばよい。くっついている相手からは必ず接触力を受けていると考えよう。