てこの原理

質問

中３です。
てこの原理で、距離（長さ）が長くなるほど押す力が楽になるのはなぜですか？

回答No.3

noname#212313 · ベストアンサー

いろいろな理解の仕方があるような気がしますが、エネルギーという点で説明してみたいと思います。

　てこが長いというのは、作用点（動かされる重いもの）、支点（てこを支えるもの）、力点（手などで力を入れる位置）で、作用点から支点までより、支点から作用点までを長くするほど、ということですね。

　　●（物）
[作用点↑]――[支点]―――――――――――――[力点↓]
　　　　　　　　▲

　長くなるほど軽く力を入れただけで、重いものを動かす、持ち上げることができます。

　しかし、持ち上げる高さはどうなるでしょうか。あるいは、力点を動かす長さです。支点から作用点までが同じで、支点から力点までの長さを変えるとします（長いてこで、端を持つか、真ん中くらいを持つか、と考えればいいかも）。

　てこが短い（支点から力点までが短い）ときは、大きな力を入れなければならないですが、てこを下げ切るとして、力点を動かす長さは短くて済みますね。

　てこが長いと（支点から力点までが長い）ときは、軽い力でいいですが、力点は大きく動かす必要があります。

　てこの力点に加える力と、力点を動かさなければならない長さは反比例するのです。言い方を変えると、てこの力点に加える力と、力点を動かすながさをかけると、一定になります。

　実は、力と長さをかけるとエネルギーになります。てこが長くても短くても、エネルギーは一定なのです。これは、物理学では「（力学的）エネルギー保存の法則」として知られています。摩擦などがない限り、エネルギーは失われません。

　同じエネルギーではあるのだけれど、力を少なくして大きく動くか、力を大きくして小さく動かすかという自由度があるのです。てこは、力と長さを自由に選べる道具であるわけです。

　これと同じタイプのものとしては、動滑車があります。物を持ち上げるのに、力は半分で済みますが、持ち上げるために手を動かす長さは2倍になります。

　身近なものでは、変速機付き自転車も似ています。軽いギヤだとペダルにかける力が小さくても坂道を上っていけますが、ペダルを回す回数は増えます。重いギヤだと逆にペダルを強く踏み込まなければなりませんが、一漕ぎで進める距離は長くなります。

　どれも、「力で得をしたければ距離で損をし、距離で得をしたければ力で損をする」ということになっています。どれもエネルギーとしては同じだからなんです（※摩擦は無いと単純化しての話）。何をどう工夫しても、エネルギーで得をすることは決してできません。もしできるんなら永久機関が作れますが、誰も成功していないのはご存知だと思います。

回答No.5

noname#249423

棒などを使って小さい力で重いものを動かす仕組みのことを「てこの原理」と言います。あなたの質問は「あいうえお」はなぜ「あいうえお」と書くのですか？というぐらいに難しい問題です。大学あるいは大学院で勉強（研究）しましょう。

回答No.4

Nebusoku3

すでに　No2の方が少し、説明されていらっしゃるとおり、原理は物理（物の理論）でこの地球を取り巻く環境でそうなっている法則のことで、身の回りの体験で実感してもらうしかありません。
（原理そのものを説明するには論文級の文献が必要です）

※月の上でも似たような原理で説明できるかもしれませんが、宇宙空間の無重力環境では意味を成さないかも知れませんね。（重力が関係しているので重力のないところでは原理にならないかも）

　例えばシーソーで遊ぶとき、中心（支点）から離れたところに座ると重たい人が支点に近いところに座っても押し上げることできる場合がありますね。　お父さんが子供と遊んであげるとき、自分は支点から1番目の座に座り、子供を一番はしに座らせるなどすることで釣り合いが取れますね。　
（1段目　ｘ　お父さん　＝　4段目 ｘ　子供　　これはアルキメデスのてこの原理の一部です）

この原理は有名な　アルキメデス　というギリシャの人が「発見」　（原理なので発明ではなく、発見）したものです。
参考：
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%81%A6%E3%81%93

で「原理」　から来るものを、「現象」　（ああ！そうなんだ）として捉えた場合、あとは計算として説明ができます。　（原理はそうなんだと納得することから始まります。）

回答No.2

shintaro-2

>てこの原理で、距離（長さ）が長くなるほど押す力が楽になるのはなぜですか？

根本的な原理自体は
神様の決めたことだからとしか言えません。

ただ結果として、
支点から遠ざかるほど力は小さくても済みますが、
移動距離が大きくなります。
力×移動距離＝一定　ということです。
これを昔の人が発見して、法則もしくは原理として名づけているということです。

世の中には、そのようなことが多数あります。
磁石のNとSとがくっつくのも、同じく説明は可能であっても、根本的な原理は不明なままです。

回答No.1

mpascal

てこは、支点を中心にモーメントで考えます。モーメントは、力×長さです。
同じモーメントが必要なとき、長さが長ければ、力は少なくてすむのです。