簡単な力学の問題です。（力のつりあい）

質問

側面で壁に保持された引張圧縮用ロードセルに対して重さWのおもりがぶらさがっているとします。さらにロードセル上面にワイヤをつなぎ上向きに力F(<W)で引張荷重をかけるとします。このとき、ロードセルの出力としてはいくらになるのでしょうか？
私の考えでは、W-Fの力が壁からロードセルにかかっていて、結局上下にWで引張られているのでWがかかっていることになるのではと考えています。この理屈から考えると、F<Wのうちは出力はWのままで、F>Wになると出力がFにかわると思われます。これで正しいでしょうか？

回答No.4

ymmasayan

No.1のymmasayanです。

＞でも、なんとなくすっきりしないんですよねえ。

そうなんですよね。

ここで発想を変えてみましょう。
９０度倒して壁を床にします。重力がなくなるのでＷで引っ張ることにします。
まずＷだけで引っ張るとロードセルはＷを示すはずです。
今度は反対側をＦだけで引っ張るとロードセルはＦを示すはずです。
最後にＷとＦで両方から引っ張るとロードセルはＷ＋Ｆを示すはずですよね。

補足

たびたびすいません。
私がひっかかっているのは、例えば次のような場合です。ご回答のように左右両方からWで引張ったときはロードセルの出力は2Wではなく、Wになりますよね。
これは、一番オーソドックスなケースで、天井にロードセルととりつけ下にWのおもりをぶらさげたときと同じ状態です。天井がロードセル上面を上側にWで引張り、下面はおもりがWで引張る。
ご回答のようにもしW+Fとなるならば、両方からWで引張ると2Wになってしまいます。
このあたりの対応関係が私が混乱している原因だと思います。
ものわかりが悪くてすいません。もう少しおつきあい下さい。

回答No.3

yomo3

#2でございまする。
根がまじめなもんで、自信もないのに聞かれると答えてしまうんだな。
えーと、加速度が加わらない限り、持ち上げる力だけ考えればいいのだと思いまする。
たとえば、右手で鉄棒にぶら下がって、左手におもりをぶら下げているときは、右手にかかるのは体重＋おもりだけれど、左手はおもりだけでしょ？

回答No.2

yomo3

こんばんは！
私の意見と思ってお聞き流しください。

ロードセルの代わりに人間が重さＷのおもりを引っ張り上げているとします。
その人は崖の上に立っていて、おもりは崖の下に垂れ下がっているとします。
その時、その人はＷの力でおもりを引っ張り上げていることになります。
また、Ｗの力で踏ん張っていることになります。
ヘリコプターがやってきて、Ｆの力で人間をつり上げようとしたとします。
でも、つり上げられた人間は相変わらずＷの力でおもりを引っ張り続けなければなりません。
ヘリコプターがいくらつり上げても、おもりが軽くなるわけではないからです。
でも、踏ん張る力はＷ－Ｆになります。

というようなわけで、私は「常にＷ」に１万点かけます。

補足

わかりやすいたとえで説明していただきありがとうございます。
上の例えで考えると、人が地面に足をつけている状態(F<W体重は無視)なら常にWですが、F>Wではロードセルの場合はつりあげられるわけではなく、壁に固定されているのでF分だけ上向きにかかるのではと考えています。いかがでしょうか？

回答No.1

ymmasayan

壁がロードセルを支える力はおっしゃる通りＷ－Ｆだと思います。
でもロードセルにかかる引張力はＷ＋Ｆだと思うんですが。

補足

早速のご回答ありがとうございます。
私の考えは
上向きの力：F(上向きの荷重), W-F(壁)
下向きの力：W(おもり)
で、結局ロードセルに対して上下等しくWで引張っていることになり、これは天井にロードセルをつるして下にWのおもりをつるすのと同じなので出力はWという考え方です。でも、なんとなくすっきりしないんですよねえ。