物体A, B, Cが床に重ねて置かれている状況について、以下の問いに答える問題です。 (1) 物体Aにはたらく力を図示する。 (2) 物体Bにはたらく力を図示する。 (3) 物体Cに対して、力のつりあいの関係になっている力を図示する。 (4) 物体AとBの間でおよぼし合う力(作用・反作用の関係の力)を図示する。

応用数学力学力のつりあい作用反作用物理
2025/5/24

1. 問題の内容

物体A, B, Cが床に重ねて置かれている状況について、以下の問いに答える問題です。
(1) 物体Aにはたらく力を図示する。
(2) 物体Bにはたらく力を図示する。
(3) 物体Cに対して、力のつりあいの関係になっている力を図示する。
(4) 物体AとBの間でおよぼし合う力(作用・反作用の関係の力)を図示する。

2. 解き方の手順

(1) 物体Aにはたらく力:
物体Aには、重力と、物体Bから受ける垂直抗力がはたらきます。
- 重力:鉛直下向きに働く力であり、物体Aの質量をmAm_A、重力加速度をggとすると、mAgm_A gで表されます。
- 垂直抗力:物体Bが物体Aを支える力であり、鉛直上向きに働きます。その大きさは重力と等しくなります。
(2) 物体Bにはたらく力:
物体Bには、重力、物体Aから受ける垂直抗力、物体Cから受ける垂直抗力がはたらきます。
- 重力:鉛直下向きに働く力であり、物体Bの質量をmBm_Bとすると、mBgm_B gで表されます。
- 物体Aからの垂直抗力:物体Aが物体Bを押す力であり、鉛直下向きに働きます。大きさは、物体Aが物体Bから受ける垂直抗力と作用反作用の関係なので、mAgm_A gです。
- 物体Cからの垂直抗力:物体Cが物体Bを支える力であり、鉛直上向きに働きます。力のつり合いより、mAg+mBgm_A g + m_B gとなります。
(3) 物体Cにはたらく力:
物体Cには、重力、物体Bから受ける垂直抗力、床からの垂直抗力がはたらきます。
- 重力:鉛直下向きに働く力であり、物体Cの質量をmCm_Cとすると、mCgm_C gで表されます。
- 物体Bからの垂直抗力:物体Bが物体Cを押す力であり、鉛直下向きに働きます。その大きさはmAg+mBgm_A g + m_B gです。
- 床からの垂直抗力:床が物体Cを支える力であり、鉛直上向きに働きます。力のつり合いより、mAg+mBg+mCgm_A g + m_B g + m_C gとなります。
(4) 物体AとBの間でおよぼし合う力:
物体Aが物体Bを押す力と、物体Bが物体Aを押す力が作用・反作用の関係にあります。
- 物体Aが物体Bを押す力:鉛直下向きにはたらく力。
- 物体Bが物体Aを押す力:鉛直上向きにはたらく力。
これらの力は大きさが等しく、向きが反対です。

3. 最終的な答え

(1) 物体Aにはたらく力:
- 重力 (下向き)
- 物体Bからの垂直抗力 (上向き)
(2) 物体Bにはたらく力:
- 重力 (下向き)
- 物体Aからの垂直抗力 (下向き)
- 物体Cからの垂直抗力 (上向き)
(3) 物体Cにはたらく力:
- 重力 (下向き)
- 物体Bからの垂直抗力 (下向き)
- 床からの垂直抗力 (上向き)
(4) 物体AとBの間でおよぼし合う力:
- 物体Aが物体Bを押す力 (下向き)
- 物体Bが物体Aを押す力 (上向き)

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