今回は、物理の力の図示についてです。
高校物理では、物体にはたらく力を図示するのが基本です。そのために必須となるのが、力の合成・分解です。
近年、高校数学でベクトルを学んでいない生徒も、物理で力の合成・分解を学び、苦手にしていることも多いので、図を使ってそれぞれ説明したいと思います。
※ はじめに、断り書きとしてベクトルの表記の部分は太字表記にしています。
まずは力の合成です。2力 F1, F2 が平行でないとき、この2力を合成した合力 F は、F1, F2 を隣りあう辺とする平行四辺形の対角線によって表されます。
平行四辺形の作り方は、F1, F2 の大きさ（長さ）は変えずに F1 は F2 の先に平行にずらし、F2 は F1 の先に平行にずらしてあげれば完成です。
2力が平行のとき合力はそれぞれ、2力が同じ向きなら2力の大きさ（長さ）の和になり、逆向きなら2力の大きさ（長さ）の差になります。
次は力の分解です。合成とは逆で、1つの力 F をそれと同じはたらきをする2力 Fx, Fy に分けることを力 F を分解するといい、 Fx, Fy を力 F の分力といいます。因みに、分解する2方向のとり方によって分解の方法は何通りもあります。
例えば、図のように力 F を x軸と y軸にそれぞれ平行な方向に分解し、分力をそれぞれ Fx, Fy とします。このとき、Fx, Fy を Fx, Fy の大きさだけでなく向きを示す量と考えて、それぞれ F の x成分、y成分といいます。
F の方向が x軸とθの角をなすとき、Fx, Fy は次のように表されます。ただし、F は力 F の大きさです。
Fx=Fcos θ, Fy=Fsin θ
力の合成・分解は高校物理の基礎になります。習得して力の図示に慣れるようにしましょう。
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