実験物理-04

４．力のつり合い

ａ．一点にはたらく力（3力のつりあい）
［目的］	１つの点に３力がはたらいてつりあうとき、これらの力の間にはどのような関係があるかを調べる。
［準備］	ばねばかり　糸　白紙
［操作］
１)	ばねばかりにそれぞれ糸を付け、水平に引く。
２）	ばねばかりの目盛りを読み、結び目の中心とそれぞれの方向に印をつける。
３）	中心にはたらく力の大きさを矢印で書き入れる。

［留意点･工夫点］
☆	白紙は、水平な面上に置き、接着テープで固定しておくとよい。
☆	糸どうしを結び合わせるかわりに、直径５mm程度のリングを用意し、糸を付けてもよい。
☆	糸を引くとき、ばねはかりが白紙に触れないように少し浮かせて引く。
☆	白紙のかわりに１mm方眼紙の上で実験するとデータをとりやすい。
☆	まち針等で、つり合った方向に印をつけるとわかりやすい。

＜関連実験＞
	ゴムひもばかりを作る
		［目的］	ゴムひもで力の大きさを測る。
		［準備］	ゴムひも　ものさし（目盛り付鏡）　天秤　糸　分銅
		［操作］	ゴムひもの端に糸をつけ、分銅をさげる。分銅の数を増やし、ゴムひもの伸びを測定する。
		［留意点･工夫点］
		☆	ゴムひもは、８cmくらいが適当である。
		☆	ゴムひもの途中に印をつけてその間の長さを測ってもよい。
		☆	目の位置を真正面にして目盛りを読む。
		☆	ばねばかりのかわりに、ゴムひもばかりを使って力のつり合いを調べることができる。

ｂ．力のモーメントのつりあい
［目的］	回転軸のまわりで回転する物体を用いて、力のモーメントのつりあいを調べる。
［準備］	ばねばかり　細い棒（中心に回転軸の小穴をあけたもの）　おもり　ものさし　滑車
［操作］
１）	平面上で３本のばねばかりに平行な力を加えてつり合わせる。
２）	左右の腕の長さやおもりの数を変えて水平に保つようにする。
３）	回転軸から等距離の位置の一方の糸を少し長くし、滑車を通しておもりをつるしてつりあわせ、つりあうときの棒と糸のなす角度θを測る。
［留意点･工夫点］
☆	左右の腕におもりをつり下げないとき、棒は常に水平の状態で静止することを確かめる。
☆	おもりを自由に動かせるように工夫する。
ｃ．重心
［目的］	重心の位置を求める。
［準備］	厚紙　ものさし
［操作］	各辺の中線の交点Ｇが、△ＡＢＣの重心であることを確認する。

［留意点･工夫点］
☆	点Ｇをシャープペンシルの芯の先で、紙が破れない程度に突き、凹部を作ってから点Ｇをシャープペンシルの芯の先で紙を支えるとよい。
☆	四角形の場合
	四角形ＡＢＣＤの重心は、△ＡＢＣの重心ｇ₁と△ＡＣＤの重心ｇ₂とを結ぶ線分と、△ＡＢＤの重心ｇ₃と△ＢＣＤの重心ｇ₄とを結ぶ線分との交点Ｇである。点Ｇをシャープペンシルの芯の先で支えてつりあうことを確かめる。
☆	不定形の場合
	物体の重心は、点Ａ、Ｂそれぞれを通る鉛直線の交点が重心である。