【物理選択者へ】力学で点数を落とさないために

こんにちは！

京大医学部医学科のShimonです！😃

科目についての記事第四弾

今回は物理のなかでも「力学」で点数を落とさないようにするための意識付けです

力学において多用される法則として

力学的エネルギー保存則や運動量保存則があります

これらの法則は力学の問題を解くときには欠かせません

しかし、欠かせないからと言ってむやみやたらにこの法則にしたがって式を立てればいいというものでもないのです

これらの法則が成り立つときには必ず「条件」というものが存在しているのです☑️

では、1個ずつ見ていきましょう

1.「力学的エネルギー保存則」が成り立つのは「非保存力が仕事をしない場合のみである」

力学的エネルギー保存則が成り立つ条件はこれです

では保存力と非保存力とは何なのか？

保存力とは「物体をある点から別の点に移動するとき、移動させようとする力のする仕事が経路によらず一定になる場合の元々物体にはたらいていた力」と定義されています

具体例を見てみましょう

この図において左の人と右の人が物体を青矢印の方向に動かし、台の上まで物体を持ってきたとします

この時の物体にたいして重力がしたした仕事に差があるでしょうか？

下の図を見てください

重力は地面に対して垂直にはたらく力なので左の人が物体を引っ張り台の上に持ってきたときに重力がする仕事は垂直上方向を正とすると

－(重力)×(上の図の縦方向の辺の長さ)ということになります(仕事の計算はどの方向を正としているかに注意して(力)×(その力が働く方向と水平な方向の道のりの長さ)です。これも基本事項なのでおさえておきましょう)

また、右の人が物体を動かす間に重力がした仕事も同様で－(重力)×(上の図の縦方向の辺の長さ)という計算になります

このように重力は経路によらずする仕事は一定になっています

このような力を保存力というのです

保存力は重力の他に弾性力や静電気力、万有引力があります

そして、非保存力は経路によってする仕事が違うものということですので

摩擦力や空気抵抗といったものが当てはまります

2.「運動量保存則」が成り立つのは「物体系に外力による力積が働かない場合」のみ

運動量保存則が成り立つ条件はこれです

では物体系、外力、内力とはなんでしょうか？

物体系とは、注目している複数の物体をまとめたものです

この図を見てください

ここではAという小球とBという台の二つを合わせて物体系といいます

そして、AとBの間にはたらいているμmgという摩擦力が内力と呼ばれるものです

内力とは物体系にある物体同士の間で働きあう力です

逆に、外力とは物体系以外の外部から働く力なのです

この場合、床からの摩擦力が働くとそれは外力ということになります

これらの法則を使う前にまず、これらが成り立つときの条件が満たされているのかを必ず確認するようにしてください！👁

それでは次回もお会いしましょう！👋