私たちはふだん、「力」という言葉を様々な意味で使っていますね。しかし物理では、物体を変形させたり、物体の運動の状態を変えたりする原因となるものを力と呼んでいます。中学校の理科では、重力や張力、垂直抗力などが、物理における力として登場しました。

今回は、 物体にはたらく力 に注目して解説していきましょう。物体にはたらく力を大きく分けると たった2種類 になります。1つは 重力 、そしてもう1つは 接触力 です。

まずは重力を考えましょう。 重力 とは 地球が物体を引っ張る力 のことです。手に持っている物体を離すと、物体は自然に落下していきますよね。これが重力です。私たち自身も地球に引っ張られていて、だからこそ地面に立っていることができるんです。重力の大きさは英語でweightというため、記号 W を使って表します。下の図を見てください。

図は、物体が 自由落下 をしている様子を表しています。自由落下では、 加速度は下向きにg[m/s²] でしたね。また、物体の質量はm[kg]だとします。この物体にはたらく重力の方向は、 地面に対して直角 です。地面に対して直角な方向を 鉛直方向 と言い、今回の力は鉛直下向きとなります。

重力Wの大きさはどのように求めることができるでしょうか？

重力の大きさは 物体の質量に比例 するという重要な特徴があります。質量m[kg]の物体にはたらく重力は、重力加速度g[m/s²]を用いて、 W=mg と表すことができるのです。このとき、比例定数は 重力加速度g になっていますね。 比例 の関係なので、例えば 質量が2倍 になると、 重力も2倍 になるのですね。質量が大きいほど、物体にはたらく力も大きくなるのです。

重力を求める式がW=mgとなる詳しい理由は、この後の運動方程式の授業で解説していきます。ここではまず、質量m[kg]の物体にはたらく重力は、重力加速度g[m/s²]を用いて、 W=mg[N] と表すことができることをおさえておきましょう。

また、 重力 は 地球が物体を引っ張る力 です。物体が静止をしている場合でも、重力は鉛直方向下向きに、大きさmg[N]ではたらくことを確認しておきましょう。