物理が苦手なので質問させてください。

質問

物理が苦手なので質問させてください。
問題↓
ある物体の重さをばねばかりで量ったところ、200gであった。ばねばかりの目盛が200gを示すのはどれか。

添付画像の説明
　摩擦のない滑車につるし、水平面となす角が60°になるようにばねばかりで引っ張って静止させた。

解説↓
　天所に固定されている定滑車は、力の働く向きを変える働きがある（力の大きさは変えない。）したがって、向きが変わっているだけで、ばねばかりの目盛は、200gで変わらない。

解説を読んでそのまま覚えようかとも思ったのですが、なぜそうなるのか何か原理や理由はあるのでしょうか？
もしくは参考になる資料とかがあれば教えてください。
よろしくお願いします。

回答No.1

nekojita-oh · ベストアンサー

物理が得意だったものです。

シンプルに考えてください。
200gの重りが静止しているのです。
静止しているのは、重力と逆向きに等しく200gの力で引っ張られているから止まっているのです。
当然ですね。

滑車が力の向きをかえた、とありますが、これは誤りです。
重りにかかっている力の向きは真上（重力とは逆向き）です。だから静止しているのです。

滑車が変えたのは、重りにかかる力の向きではなく、人（ここではバネ）が引っ張る向きが滑車を介して変化しているだけのことです。
だから何度に傾けようが200gは変わりません。

物理は力を図示することが全てです。きちんと向きと大きさを矢印で図示できるようになればウソみたいに簡単ですよ。

回答No.4

noname#120160

滑車がどうして「張力」の向きを変えることができるか，ということですよね？

それは滑車は常に糸に対して垂直に，滑車の中心と逆向きに力を及ぼしているからです。つまり巻きついている糸方向にたいして90°ですから，張力の大きさには影響を及ぼさないんです。しかし面白いことに，巻きついているおかげで張力の向きは変えることができる。。これが定滑車の意味だと思っています。

院生解答者様には怒られるかも((+_+))

ご参考までに<(_ _)>

回答No.3

htms42

＃２です。

ご質問の問題では「摩擦のない滑車」と書かれていますね。
「引く方向が変わっても引く力の大きさはは変わらない」ということが成り立ちます。

でも普通は「定滑車では・・・」」という文章になっています。
摩擦がない時に成り立つという言葉はたいていありません。
定滑車と動滑車の力の大きさの違いの方が説明内容のメインになっているからでしょう。

ついでに
机の上での台車の運動の場合もたいていは摩擦についての注があります。
台車の車輪に使われてるものと滑車とは同じ仕組みのものです。
摩擦の程度も同じです。

回転するものと回転していないものが接触するところではいつも摩擦が問題になります。
車輪の回転でも滑車の回転でも同じです。回転していないもの（軸）との間の摩擦が問題になります。

物理が苦手だと書いてありますが
こういうことを1つずつなぜ成り立つのだろうと考えて行くことは大事なことです。
本当に苦手な人にはできないことです。
時間はかかりますが物理を分かるためには大事なステップだと思います。

どうしてだろうというのはまめに先生に質問に行くのがいいでしょう。
溜めておくと先生も対応しきれなくなります。

回答No.2

htms42

おまけです。

おもりにかかっている力は滑車を使っても使わなくても変わりません。
図の中のおもりの部分以外を隠してしまえばいいのです。
滑車で変わるのは人が力をどの方向に加えるのかという点に関してです。
これは＃１に書かれています。

角度を変えても何も変わらないのでしょうか。
滑車にかかっている力、滑車を固定している部分（天井）にかかっている力は変わります。
動滑車を使うか、定滑車を使うか、滑車にかけているひもの方向などで色々変わります。

動滑車を使うと楽になるというのは作業する人の立場での話です。楽になった分、滑車や滑車を固定している部分に負担がかかっています。滑車の固定が弱ければ荷物を持ち上げたと思ったら崩れ落ちてしまったということが起こります。
小さな力で重たいものを持ち上げることができるというだけだと魔法のようなことが起こっている事になります。

定滑車を使った場合、「力の向きが変わるだけで大きさは変わらない」と言います。
これにも条件があります。
滑車の軸の摩擦を考えなくていい場合に成り立つことです。
摩擦がある場合ではひもを引く方向も影響してきます。
滑車を軸に押し付けている力の大きさが変わってくるからです。

斜面を物体が運動するときの問題では摩擦についての但し書きが必ず書かれています。でも「滑車の摩擦は考えなくてもいい」という注のある問題を見ることはほとんどありません。
「滑車」という言葉の中に「滑らか」という字があるのでは「摩擦はないと考える」のは当然であるとしているかもしれません。
でも理科の実験器具に含まれている滑車や、ホームセンターで売られているものにはかなりの摩擦がありそうです。摩擦の程度によって売られている値段にもかなりの幅だあるようです。
やはり、「摩擦は考えなくてもいいものとする」という但し書きがある方がいいと考えています。
滑車を使った実験をやる時は滑車に摩擦があることに配慮しておく必要があります。
微妙な違いを問題にするような実験を組んではいけないということです。