さわってわかる理科・数学

力の合成と分解 シミュレーター

矢印をドラッグして、2つの力を1つにまとめる「合成」と、1つの力を2つに分ける「分解」を、平行四辺形の作図で確かめられます。斜面の上の物体にはたらく力も調べられます。

青と紫の矢印の先をドラッグ(タップ)して動かせます。方眼の1マスが 1 N です。

力 F1
力 F2
合力
2力の間の角度

同じ大きさ(4 N)の2力で、間の角度を変える

力の合成とは

1つの物体に2つの力がはたらいているとき、それと同じはたらきをする1つの力を求めることを力の合成といい、求めた力を合力といいます。

一直線上の2力

角度がある2力(平行四辺形の法則)

  1. F1 の矢印の先から、F2 に平行な線を引く
  2. F2 の矢印の先から、F1 に平行な線を引く
  3. 2本の線が交わった点と作用点を結んだ矢印が合力

2力を2辺とする平行四辺形の対角線が合力になります。2力の間の角度が大きいほど、合力は小さくなります(①のモードで角度のボタンを順に押してみましょう)。

力の分解とは

1つの力を、それと同じはたらきをする2つの力に分けることを力の分解といい、分けた力を分力といいます。合成の逆の作図をします。

  1. 分解したい2つの方向に、作用点から線を引く
  2. 力 F の矢印の先から、それぞれの線に平行な線を引く
  3. 交わった点までの矢印が、それぞれの方向の分力

分解する方向を変えると、同じ力でも分力の大きさが変わります。2つの方向の間の角度が大きいと、分力が元の力より大きくなることもあります。

斜面の上の物体にはたらく力

斜面の上の物体にはたらく重力は、斜面に平行な分力と斜面に垂直な分力に分解して考えます。

斜面が急なほど台車が速く加速するのは、斜面に平行な分力が大きくなるからです。また、物体が斜面で止まっているときは、斜面に平行な分力と摩擦力がつり合っています。

よくある間違い

確認問題

問1 同じ向きの 3 N と 5 N の力の合力は? 反対向きのときは?

同じ向きなら 3 + 5 = 8 N。反対向きなら 5 − 3 = 2 N で、向きは 5 N の力と同じ向きです。

問2 大きさ 4 N の2力の間の角度を 0° から 180° まで大きくしていくと、合力はどう変わる?

8 N からだんだん小さくなり、180° で 0 N になります。①のモードの角度ボタンで確かめてみましょう(120° のとき、合力は 4 N になります)。

問3 斜面の角度を大きくすると、重力の斜面に平行な分力と垂直な分力はそれぞれどうなる?

平行な分力は大きくなり、垂直な分力は小さくなります。重力そのものの大きさは変わりません。

問4 分力の大きさが、元の力より大きくなることはある?

あります。分解する2方向の間の角度が大きいと、分力は元の力より大きくなります。②のモードで「左右に開いた2方向」を押し、角度をさらに広げて確かめてみましょう。

※ このシミュレーターでは、質量 100 g の物体にはたらく重力を 1 N としています。