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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

機械力学の基礎を学ぶ記事一覧

機械力学とは

このカテゴリでは、4大力学のひとつである「機械力学」について説明します。機械力学とは、「機械の動作により生じる力」 を扱う学問のことです。自動車、ロボット、産業機械など、私達の身の回りにある機械は、さまざまな機械部品の組み合わせによって動作を実現しています。機械の動作は、・歯車・カム・ベルトなどの力...

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ニュートンの運動3法則について

機械力学を理解するための基礎となるニュートンの運動法則について説明します。ニュートンの運動法則は私達が普段の生活の中で体験している現象であるため、直感的に理解しやすい法則です。第一法則:慣性の法則すべての物体は、外部から力を加えられない限り、「静止している物体は静止状態を続け」、「運動している物体は...

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力のつりあい

力とは力とは、物体の位置や形状に変化を加えるものであり、大きさ と 向き を持つ 「ベクトル量」 と定義されています。 (ちなみに 長さ、質量、面積など、大きさのみで表すことができるものを「スカラー量」といいます。)機械力学では、このベクトル量で表される力が基礎となります。高校物理で学習していますが...

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力のモーメント

力のモーメントを解説する際に用いられるのが「テコの原理}です。テコの原理を使えば、重い荷物を小さな力で動かすことができます。図のように、テコの原理で荷物を持ち上げるとき、棒の中央を持って持ち上げるより、棒の先端を持って持ち上げる方が小さな力で持ち上げることができます。つまり、支点から距離が長いほど、...

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重心とは

重心とは重力が働く点(作用点)のことです。ボールの重心はボールの中心にあります。定規の重心は定規の中心にあります。重心の位置に糸をくくりつけて吊るすとバランスがとれます。この位置が重心となります。対称形状であれば、重心は一目瞭然です。しかし、次の形状の場合、一見して重心の位置は不明です。この形状の任...

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トラス構造とラーメン構造

トラス構造トラス構造とは、複数の三角形による骨組構造のことであり、結合部である「節点」はボルトやピンなどで結合されています。トラス構造における節点を「滑接」という。トラスの節点は自由度がないため動きませんが、相互に運動できるように結合されているため、部材を曲げようとする力である「曲げモーメント」が隣...

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摩擦力と摩擦係数

摩擦とは物体の動きに逆らうように働く力のことです。床の上に置いてある荷物を図に示す方向に押すと、荷物と床の接触面に 摩擦力(摩擦抵抗) が発生します。摩擦力は荷物を押した方向と反対方向に働きます。これは経験則で理解できると思います。この摩擦力を利用した代表的な機械製品は、自動車のブレーキやクラッチで...

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機械の動きについて(運動学)

ここまでで解説してきました内容は、「力のつりあいが取れている状態」、つまり「静力学」について解説してきました。実際の機械は、停止状態のみではなく、さまざまな運動を行います。そこでここからは、機械が時間とともに位置や速度が変化する運動学について解説いたします。機械が行う運動には、・直線運動・円運動・放...

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落下と放物運動

落下空間内で物体に何も支えがない場合、物体は地上に落下します。なぜなら、地球には重力が働いているからです。物体の落下速度は徐々に早くなります。これは物体に加速度が働くからです。このように地球の重力によって働く加速度のことを、 「重力加速度」 といいます。重力加速度は、g という記号で表記され、その値...

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遠心力、向心力、慣性力について

半径r、速度Vで等速円運動をする質点には、中心に向かい大きさがの加速度が生じます。これが質点の円運動を可能にさせるもので、これを 向心力 (求心力ともいう) と言います。例えば、遊園地の回転ブランコの椅子に働く向心力は、ロープの張力の水平成分となります。円運動する質点のつり合いを考えるときには、向心...

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衝突と反発係数について

衝突と言う状態を知る前に理解しておかなければならないことがあります。同じ物体であっても、それが静止しているか、運動しているかによって、その性質は大きく異なります。運動している物体は、衝突したとき他の物体に力を加えたり、仕事したりします。しかしながらその物体が静止すれば、これらの働きは生じません。した...

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振動

振動とは物体が一定の時間間隔をおいて、「平衡の状態を中心として繰り返し変動する現象」です。言い換えますと、一定間隔の間を一定時間で、物体が行ったり来たりすることです。例えば、ばねに「おもり」をつけた後に、引っ張って離すと、「おもり」が上下に振動します。振動はこのように質量をもつ「おもり」と「ばね」か...

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固有振動数、共振、危険速度について

固有振動数と共振外部から力を加えなくても振動を起こす現象があります。この振動のことを「固有振動」といいます。例えば、音叉(おんさ)をたたくと、音の高さが一定となる固有振動で振動します。また、同じタイプの音叉(おんさ)を2つ準備して、1つの音叉をたたいて音を鳴らし、もう1つの音叉を近づけると振動をはじ...

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