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※このウェブページは中学校理科1年の学習内容です。<1年p.142>

3|さまざまな力

1 弾性力

 ばねにのせたおもりが動かないとき,おもりにはたらく2力はつり合っている。このときの1つの力は重力であり,もう1つは,ばねがおもりを押す力である(図19)。変形した物体がもとにもどろうとする性質を弾性といい,弾性により生じる力を【弾性力】という。

 机の上に置かれた物体が動かないのも弾性力が原因である(図20)。

図19 ばねの弾性力

机に置いた物体が動かないことから,物体にはたらく2力がつり合っていることがわかる。2力のひとつは重力で,もうひとつは机から物体にはたらいている弾性力である。机の上に物体を置いた場合,厚い板でできた机の面は変形するように見えない。しかし,実際はわずかに変形し,机の面が物体を押し上げる力が生じる。

図20 机の弾性力

2 摩擦力

 台の上の物体を押しても動かないことがある。これは,物体が動くとき,台の面から物体に【摩擦力】がはたらくからである。摩擦力は,加えられた力と反対向きに生じ,2つの物体がふれ合っている面と面の間で,物体の運動をさまたげるようにはたらく。2力がつり合って物体が動かないとき,摩擦力は加えられた力とちょうど同じ大きさである(図21)。

物体の表面がなめらかでなく,摩擦力が生じるような状態を「摩擦がある」という。生じる摩擦力の大きさには限界があり,それ以上の力で押せば物体は動く。

図21 摩擦力が生じて力がつり合う例

物体にはたらく2力に注目します。物体を押しているのに動かないということは,反対向きの力が存在するはずです。この場合は,「物体が押される力」と「机から物体にはたらく摩擦力」がつり合っています。

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※このウェブページは中学校理科1年の学習内容です。<1年p.143>

3 磁力

 磁石は鉄でできた物体を引きつける。また,磁石のN極とN極,S極とS極では,たがいにしりぞけ合う力がはたらく。N極とS極ではたがいに引き合う力がはたらく。このような力を【磁力】という(図22)。

電磁石は磁石を引きつける。

図22 磁力が生じて力がつり合う例

電磁石を使って浮く地球儀の場合では,浮いている物体(地球儀)にはたらく2力に注目しましょう。重力で落ちる物体が宙に浮いているということは,物体を引く力が存在するはずですね。この場合,物体には「重力」と「磁力」の2力がはたらいています。

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4 電気の力

 プラスチックの下じきで髪の毛をこすると,髪の毛が下じきに引きつけられる。このように,2種類の物体をこすり合わせると電気が生じ,たがいに引き合ったり,しりぞけ合ったりすることがある。このような力を【電気の力】という(図23)。

電気の力が発生して,たがいにしりぞけ合う。

図23 電気の力が生じて力がつり合う例

浮いているひもにはたらく2力に注目 しましょう。重力で落ちる物体(ひも)が宙に浮いているということは,物体を押し上げる力が存在するはずですね。この場合,物体には「重力」と「電気の力」の2力がはたらいています。

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離れていてもはたらく

磁力 磁石とクリップは接していないが,クリップを引きつける。

電気の力 電気が生じた下じきと紙は接していないが,紙を引きつける。

重力 地球とリンゴが離れていても,地球はリンゴを引きつける。

接しているときはたらく

摩擦力 ブレーキをかけると,パッドが車輪の回転をさまたげる。

弾性力 ばねがクリップを押しつける。

図24 力の種類

ニュース

  • 回る磁石と浮く磁石:新たな磁気浮上現象の発見 2025年5月7日
    磁石の同じ極どうしの間にはしりぞけ合う磁力がはたらき,たがいに反発することは,おもちゃからリニアモーターカーにまで利用される身近な現象です。これをうまく利用すると,下側からの磁力によって,上側の磁石を浮かび上がらせることができます。これが「磁気浮上現象」とよばれるものですが,原理がシンプルなこともあり,この現象はおおよそ調べつくされたと考えられていました。しかし,ごく最近になって,新たな磁気浮上現象が発見されました。2つの磁石を用意し,一方の磁石を回転させると,その影響でもう一方の磁石が空間に固定されることが判明したのです。従来の磁気浮上とは異なり,単に重力と逆向きの力を発生させるのではなく,特定の位置に維持されるしくみです。 この新たな磁気浮上現象は,実は簡単に再現することが可能なのもポイントで,2つの磁石と,毎分1万回転程度の家庭用の電動ドリルという,ごく簡単な装置で試すことができます。こんな簡単な装置でも,浮かんだ磁石は,直感に反する見たことのない挙動をしますので,ぜひリンクから動画を見ていただきたく思います。 なお,この新たな磁気浮上現象を引き起こす原理は難解なうえ,まだ研究途上段階にあるため,今後の詳細な調査が待たれるところですが,興味深い結果として,『小さな』磁石を浮かび上がらせるときのほうが,回転する側の磁石をより速く回す必要があり,さらに,空間に固定される位置はより『遠く』になることがわかっています。『大きな』磁石を『近く』に浮かばせるほうが,より速く回転させるエネルギーが必要となりそうなものですが,ここでも直感に反した挙動となることは,非常に面白いものといえるでしょう。 この磁気浮上現象は,非接触式のロボットアームや磁気スプリングなどの工業的な応用にも適しており,さらなる研究が期待されています。 もと記事リンク(外部サイトに繋がります。公開から時間がたつと繋がらない場合があります) 動画リンク  
  • 1-3-3-3 2023年1月1日
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