力学

力の分解(三角比編)

本編で力の分解を扱ったとき,分力の大きさは直角三角形の辺の比を用いて計算していました。

力の合成・分解力学では物体の運動と力の関係を調べることがメインテーマになります。そのとき必要になる「力の取り扱い方」を勉強しましょう。...

しかし,辺の比が分かるのはせいぜい30°,45°,60°くらいで,それ以外の角度は分かりません。

そこで今回は,どんな角度の場合にも使える分力の求め方をお教えします!

三角比を使って分力を求める

どんな角度であっても分力を求める方法,それはズバリ「三角比の利用」です!!
利用,といっても難しい応用ではありません。 まずは三角比のおさらいから。

力の分解の図にこれをあてはめて式変形すれば,x成分,y成分が得られます。
適当な角度の三角形を使って実際にやってみましょう。

52°の三角形の辺の比なんて分かりませんが,sin52°,cos52° の値なら計算機に打ち込めばすぐ求められます。
もちろん52°というのは1つの例であって,他のどんな角度でもsin,cosを斜め方向の力にかけ算することで分力を求めることが可能です。


どっちがサインでどっちがコサイン?

力の分解は,いつも水平方向と鉛直方向への分解とは限りません。 たとえば斜面上の物体にはたらく重力は,斜面方向とそれに垂直な方向に分解します。

さて,分力を求めるには 元の力mgにsinθかcosθをかければいいわけですが,斜面方向とそれに垂直な方向,どっちがmgsinθで,どっちがmgcosθかすぐに判断できますか?

もちろん三角形の向きを変えて考えれば分かりますよね!

しかし,いちいち向きを変えて考えるのも面倒です。 何か規則性はないのでしょうか?

いくつか例題をやってみましょう!

まずは自分で考えて,答えを出してから続きを読んでください。



問の答えは,(1)②  (2)①  (3)②  (4)②  です!

さて,Fsinθと Fcosθの規則性はわかりましたか?

実は,こうやって簡単に見極められます!

これを押さえておけばいちいち三角形を書いたり,向きを変えたりしなくていいので楽チンです! ぜひマスターしてください!

今回のまとめノート


三角比が出てくると拒否反応を示す人が多いですが,実際はそんなに難しいものではありません。 たくさん問題を解くうちに慣れるものなので,三角比が登場する問題も毛嫌いせずにどんどん挑戦してください!

【演習】力の分解(三角比編)三角比を用いた力の分解に関する演習問題にチャレンジ!...
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