運動の法則

質問

手で壁を押すと、壁と手の接着面で、作用反作用の法則がかかり、さらに足と床の接着面でも重力と垂直抗力が働き、全て釣り合いの状態が保たれてると思います。ではなぜ、足と床の接着面で水平方向の作用反作用の力がかかるのですか？つりあってるからそれらがかからなくても良いのでは、、などと考えてしまい、なぜ、足と床の接着面に水平方向の力が働くのかよく分からないです。
よろしくお願いします。

回答No.6

hiro_1116

＞水平方向のその力は、同一直線上にないですが、それではつり合いの条件を満たしませんよね？

物体（人）の回転を考えるとおっしゃる通りですね。その場合は支点を決めて回転させる力を全て考えてみてください。

補足

同一直線上になくても良いのですか？

回答No.5

hiro_1116

＞「壁が人を押す力」と「床が人を押す(？)力」もつりあいではないですよね

方向が違う力で釣り合いを考えてはいけません。

水平方向は、「壁が人を押す力」と「足が床から受ける摩擦力（滑らないようにする力）」とが釣り合います。
鉛直方向は「人が床を押す力（重力）」と「床が人を押し返す力（垂直抗力）」が釣り合います。

仮に、斜めの方向の力がある場合には、水平方向と鉛直方向の成分に分けて考えましょう。

補足

水平方向のその力は、同一直線上にないですが、それではつり合いの条件を満たしませんよね？

(でもよくよく考えたら、ものを押す力とものにかかる摩擦力も同一直線じゃないですよね、、)考えるほどこんがらがってきました、、

回答No.4

hiro_1116

＞手で壁を押すと、壁と手の接着面で、作用反作用の法則がかかり、さらに足と床の接着面でも重力と垂直抗力が働き、全て釣り合いの状態が保たれてると思います。

これに足と床の摩擦力を加えないと「全ての力が釣り合っている」状態にはなりません。
その部分が理解を妨げているような気がしてきました。

水平方向の力だけ考えることにして、人が受けている力が壁からの反作用だけだとしたら、静止していられませんよね？

補足

どことどこの力がそれぞれつりあっているのでしょうか？

「人が壁を押す力」と「壁が人を押す力」はつりあいではないですよね。だからといって、「壁が人を押す力」と「床が人を押す(？)力」もつりあいではないですよね、、
どこの力同士で釣り合っているのか分からないです。

回答No.3

head1192

壁を押すとは人間側に立った物言いであり、壁からすれば「おれが人間を押したのだ」となる。
つまり人間の言い分と壁の言い分を平等に扱うわけであり、専門用語で「相対性原理」という。

相対性というとアインシュタインの特殊相対論におけるローレンツ変換が有名だが、それを一段階緩くしたものにガリレイ変換というものがあり、これはニュートン以前から存在していた。

つまり力学の世界では、２つの物体の言い分（世界観）を同等として扱うのが原理原則である。
それは指導原理のようなものであり証明はできないが、そういう思想のもとに力学体系は成功を収めてきた。
受け入れるしかないのである。

その位置方法が教科書に必ず乗っている「車窓の風景」である。
自分が発車したつもりだったのに相手の電車を通り過ぎて背景が見えるようになったら実は相手の電車が発車していた、というあれである。
この世の運動はすべて相対的なものであり、基準を変えれば静止系と運動系は入れ替わる。
「なぜ壁が人間を押すのか？」と考えているうちはまだ「壁は重く固定されてもいて動くはずがない」という見方に囚われている。
科学法則の立場に立てば、人間に基準を置けば「壁の方が人間に近づいてきて、そして衝突する」のである。

ところで、もし床からの反作用がなかったらどうなるか。
人間にかかる力はｍｇだけになる。
つまり「床が畳だろうとフローリングだろうと鉄板だろうと、人間はｍｇの加速を受けて床をすり抜け自由落下する」という図になってしまう。
床が同等の力で押してくれるから力同士がキャンセルし人間は床の上にとどまっていられる。
これが物理学史上輝かしい成果を収めたニュートン力学の考え方なのである。

回答No.2

sknbsknb2

床と足の間には静摩擦力が働いています。これは、重力があなたの足を床に押し付けているために働きます。

壁を押す力が静摩擦力を超えた時、あなたの足が滑り出します。

氷の上でスケート靴を履いた状態で壁を押すとどうなるかを考えると、イメージしやすいかもしれません。

補足

垂直抗力があれば、摩擦係数が0でない限り絶対に摩擦力が働くということでしょうか

回答No.1

hiro_1116

作用反作用の法則で「身体が壁から押し返される力」とバランスする力が無いと体は動いてしまいますね。

補足

そこは分かったんですけど、足と床の力はなぜ働くのですか？？