力学

作用反作用の法則

前回は運動の第1法則をやったので,今回は第2法則!

…と言いたいところですが,先に第3法則をやることにします。

運動の第3法則

第3法則の別名は「作用反作用の法則」です。 これまた中学校で一度習っているはずなので,中身をおさらいしましょう。

「物体Aが物体Bに力を及ぼす(作用)とき,AもBから力を受ける(反作用)。 このとき,作用と反作用は同じ大きさで逆向き,同じ作用線上にある。」

これが作用反作用の法則のすべて。 見てわかる通り,これは力についての法則です。“運動の” 第3法則という名前なのに,運動とは直接関係していない法則です笑


作用反作用の法則を読み解く

では,「壁を押す」という何気ない動作を例に説明します。 近くに壁があれば実際に押してみるのもいいでしょう。

壁を押すとき,力を加えているのは自分自身なので,「自分が壁を押している!」と思いがちですが,実は「あなたが壁を押すと同時,あなた自身も壁から押されている」ということを,作用反作用の法則は主張しているのです!!

「同時に」というのは大事なポイント。「壁を押すと,壁から押し返される」と書くと,押し返されるまでに時間差があるように聞こえますが,この2つの力は実際は同時に現れます。

さて,壁を押す力を「作用」とすると,壁から押される力が「反作用」です。

(※ どちらを作用と呼ぶかは特に決まってないので逆でもOK。片方を作用と呼べば,自動的にもう片方が反作用と呼ばれることになります。)

そして,反作用の大きさは作用の大きさに等しいと言っています! つまり,壁を50Nの力で押せば,自分は壁から50Nの力で押し返され,100Nの力で押せば,100Nの力で押し返されることになります。

…壁には意志がないのに,なぜ押している人の力に合わせて押し返してくるのか,そもそもなぜ合わせる必要があるのか…,考えてみれば不思議(不気味?)な気もしますね…

あなたはいま地球を引っ張っている!?

最後にひとつ注意点。 作用反作用の法則は,物体同士が接触していなくても成り立ちます!

たとえば磁石。N極とS極をある程度近づけるとお互いに引き合いますが,このとき,N極がS極に引っ張られるのと同時に,S極もN極に引っ張られています。 これはまさに作用と反作用です。

磁力と同様,重力にも作用反作用があります。 いまこれを読んでいるあなたは,地球の重力に引っ張られていますが,その反作用はどうなるでしょう?

重力は「地球があなたを引く力」なので,この反作用は「あなたが地球を引く力」になります! そしてその大きさは,あなたが地球から受ける重力と等しいです。

仮に体重が50kgだとすると,あなたは490Nの力(mg = 50 ✕ 9.8)で常に地球を引っ張っているのです!!

物理法則のおもしろいところの1つは,スケールを変えてもそのまま成り立つところではないでしょうか?

最初の壁の例は聞き飽きたという人も,自分と地球の間にも作用反作用の法則が成り立っている,というのは感動しませんか?(感動してほしい!笑)

今回のまとめノート


時間に余裕がある人は,ぜひ問題演習にもチャレンジしてみてください! より一層理解が深まります。

【演習】作用反作用の法則作用反作用の法則に関する演習問題にチャレンジ!...

次回予告

運動の3法則も残すところあと1つ。 次回もっとも大事な第2法則を学習しましょう!

運動の法則慣性の法則は,力がつりあっているときに成り立つ法則でしたが,いつも力がつりあっているとは限りません。つりあっていないときはどうなるのか?それを示すのが運動の第2法則(運動の法則)になります。...