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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

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、おさらいの意味をこめて正しく理解しておきましょう。

 

機械力学で使われる力には、重力、張力、摩擦力、垂直抗力 などがあり、視覚的にわかりやすくするために、「矢印」 が用いられます。

 

そして、この矢印によって、”どの点に”、”どのくらいの大きさで”、”どの方向に” 力が働いているのかが理解できます。

 

力は、矢印の長さや向きによって、次のように表現されます。

 

 

 

 

・力の大きさ  ・・・ 矢印の長さ
・力の向き ・・・ 矢印の向き
・作用点 ・・・ 矢印の始点

 

これらを力の三要素といいます。

 

力の合力と分力

 

力は合成したり、分解することができます。
図に示すように 力Fは、F1とF2に分解することができます。

 

 

このとき、
F は F1 と F2 の「合力」
F1 と F2 は F の「分力」
といいます。

 

例えば、このことを具体例で説明すると、次の図のように
荷物を Fの力で一人で引っ張ることと、F より小さな力で二人で引っ張ることは同じ働きをすることになります。

 

 

 

また、合力は引っ張る角度によって大きさが異なります。角度が大きくなればなるほど合力は小さくなります。

 

 

 

さらに、2つの力が一直線上にあり、同じ向きの場合、合力 F = F1 + F2
反対向きの場合、  合力 F = F2 -  F1  となります。

 

 

力のつりあい

 

次に力のつりあいについて説明します。

 

1つの物体に2つ以上の力が働いている状態で、その物体が移動しない場合、これらの力は「つりあっている」といいます。

 

そして、力がつりあうためには、次の3つの条件を満足する必要があります。

 

 

例えば、次の図のような 「いびつな形状」 であっても、3つの条件を満たしており、物体が静止している場合、力はつりあっていることになります。

 

 

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