②作用,反作用の考え方

Ⅰ  構造力学(法則・基本的な考え方)

②作用,反作用の考え方<ニュートン力学第3法則>

「作用,反作用の考え方」をどう理解するか。また,どう説明するか

「作用,反作用」は机の上に物を置いて,それがなぜ止まっているかを説明するために必要な考え方です。このテーマは「物には重力が作用していて,下向きの力が作用しているのに,机の上にあるものはなぜ止まっているのか」というものです。

「なぜって言われたって,机が邪魔しているから」です。「いちいち作用,反作用の考え方を出すまでもなく,下へ行こうとしても机がしっかりしているから下へは行けない」のです。これで思考が止まってしまっては構造力学が習得できません。

i 物に重力として下向きに力がかかっている

ii 物が机をiの力で押している(作用する力)

iii 机が物に反力を作用させる(反作用)

ここで,iiはその物に作用している力ではありません。その物に作用している力はiとiiiです。iとiiiは同じ大きさで上下反対の力ですから,力を合計するとゼロになります。物には力が作用していないのと同じで,力が作用していないとニュートン力学第1法則で動かない。となります。

ニュートン力学第3法則についての説明は,例えば次のHPがわかりやすいです。

りかちゃんのサブノート(作用・反作用)

理科実験を楽しむ会,力はものとものとのはたらきあい

参考:机の上に物を書くときに,その物を球として書くべきです。机と物が接しているところが点となり,その位置(点)に物が机を押す力(作用)と机が物を押し返す力(反作用)を表現できるからです。
水平な机の上に球を置いて作用反作用を説明したら,その次は,勾配のある机に球を置きます。球に作用する重力を机に平行な方向と机に垂直な方向に分解して,机に垂直な力は机からの反作用で打ち消されますから,球に作用するのは平行な方向の力だけです。この結果球は机に平行に動き出すことがわかりますし,その加速度は,机の傾きθを使ってsinθ倍であることがわかります。
備考:ニュートン力学第3法則の本来の意義は,力は対(押せば押し返すという相反する方向の2つの力)でしか存在しえないことを示したものです。