内力と外力について

質問

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角に滑車があると思ってください
長い線は糸です

張力は打ち消されるはずですよね。
でも■の重さは張力よりも大きくないと
駄目みたいなのです。（小さくては駄目といわれました）

内力と外力の関係となぜ駄目なのかを教えてください

回答No.2

yu-fo · ベストアンサー

内力と外力について整理してみましょう．
内力と外力は、物体ごとに考えていくといいです．

Ａ．物体■に働く力は「重力」と「糸による張力」です．この２つの力が釣り合うことにより物体■が静止することになります．
Ｂ．物体□に働く力は「重力」と「台--による支持力」と「台--との間に働く摩擦力」と「糸による張力」です．このうち、「重力」と「支持力」が釣り合い、「摩擦力」と「張力」が釣り合う関係となります．
Ｃ．糸に働く力は「物体□から伝わる摩擦力」と「物体■から伝わる重力」と「滑車による支持力」です（この３つの力の関係についてはちょっと難しいですので詳しいことは省略します．ご質問者様の勉強の範囲では「摩擦力と重力が釣り合っている」程度でよろしいものと思われます）．

さて、これで各物体に働く力をすべて洗い出しました．この各物体に働く力がすなわち「外力」です．

すべての物体はこれらの外力に釣り合うために、内部で力の伝達を図ります．すなわちそれが「内力」です．
糸の場合、内部で伝達する力は「張力」といいます．
物体■と物体□の内部でも力を伝達していますのでそれを内力として定義できますが、ご質問者様の勉強されている範囲では、そこまでは調べないものと思われます．

大胆なまとめ方をしますと、物体に働く力がすなわち外力であり、物体内部での力の伝達がすなわち内力となります．

で、物体に働く外力がすべて釣り合っている場合は、その物体は静止していることになります．
逆にいいますと外力が釣り合っていない場合その物体は運動（移動）することになります．

ですから、「■の重さは張力よりも大きくないと駄目」は「■の重さと張力が等しくないと駄目」が正解です．ちなみに、糸の強度は張力よりも大きくないと駄目です(^^;

お礼

内力と外力についてよく分かりました。
ありがとうございます

回答No.3

ency

順を追って、以下のように3つに場合分けして考えてみましょう。

(1) 物体□と台の間に摩擦がなく、静止していない場合
【物体□に作用する力】
垂直方向：重力、台から受ける垂直抗力
水平方向：糸からうける張力
【物体■に作用する力】
垂直方向：重力、糸からるける張力
垂直方向：なし
【糸に作用する力】
質量ゼロを仮定しているはずなので、滑車を通して糸の両端での張力は等しくなります。
# なお、糸の質量を考える場合には、両端で張力は等しくなりません。
# 一応、念のため。。。

以上より、各物体について運動方程式を考えます。
【物体□】
垂直方向：重力－垂直抗力＝０
水平方向：糸の張力＝(□の質量)×(右向きの加速度)
# 注) 物体□の垂直方向の式は特に使用しません。
【物体■】
垂直方向：重力－糸の張力＝(■の質量)×(下向きの加速度)
水平方向：なし

糸はたるんでないと思いますので「(□の右向きの加速度)＝(■の下向きの加速度)」であることに注意すれば解けると思います。

⇒ ■の重力＞糸の張力

(2) 物体□と台の間に摩擦があり、静止していない場合
【物体□に作用する力】
垂直方向：重力、台から受ける垂直抗力
水平方向：台から受ける摩擦力、糸からうける張力
【物体■に作用する力】
垂直方向：重力、糸からるける張力
垂直方向：なし
【糸に作用する力】
(1) の場合と同様、質量ゼロの仮定から糸の両端での張力ゼロ

以上より、各物体について運動方程式を考えます。
【物体□】
垂直方向：重力－垂直抗力＝０
水平方向：糸の張力－摩擦力＝(□の質量)×(右向きの加速度)
【物体■】
垂直方向：重力－糸の張力＝(■の質量)×(下向きの加速度)
水平方向：なし

(1) と同様に「(□の右向きの加速度)＝(■の下向きの加速度)」、その他に「(摩擦力 (動摩擦力))＝(動摩擦係数)×(垂直抗力)」であることに注意すれば解けると思います。

⇒ ■の重力＞糸の張力

(3) 物体□と台の間に摩擦があり、静止している場合
【物体□に作用する力】
垂直方向：重力、台から受ける垂直抗力
水平方向：台から受ける摩擦力、糸からうける張力
【物体■に作用する力】
垂直方向：重力、糸からるける張力
垂直方向：なし
【糸に作用する力】
(1) の場合と同様、質量ゼロの仮定から糸の両端での張力ゼロ

以上より、各物体について運動方程式を考えます。
【物体□】
垂直方向：重力－垂直抗力＝０
水平方向：糸の張力－摩擦力＝０
# 物体□の垂直方向、水平方向の式は使用しません。
【物体■】
垂直方向：重力－糸の張力＝０
水平方向：なし

⇒ ■の重力＝糸の張力

(1)(2)(3) を合わせれば以下のようになりますよね。

　■の重力≧糸の張力

ちなみに、外力と内力の違いは、簡単に言えば2つの運動方程式を解く場合に、消えてなくなる力のことです。
# もっと正確に言えば、作用・反作用の関係にある力のことでしょうか。

この場合は、糸の張力がそれに相当しますね。
# さらに正確に言うなら、物体□と糸の間でお互いに及ぼしあっている張力、
# 物体■と糸の間でお互いに及ぼしあっている張力が、それぞれ内力です。

外力は、消えてなくならない力です。
# 作用・反作用の関係にない力です。

この場合は、重力、垂直抗力がそれに相当しますね。

長々と説明してきましたが、こんな感じでいかがでしょうか。

回答No.1

rabbit_cat

■の重さ（■にかかる重力）が、張力より小さかったら、■はどんどん上にあがってくことになってしまいます。そんなことはありえないですよね。

そもそも、この系では、張力というのは、□にかかる摩擦力と、■の重力とから「定まる」ものです。もともと張力ていう決まった大きさの力があるわけではありません。

補足

アドバイスありがとうございます
この話は F=ma の話なんですけど、
なんとなく分かりました