✨ ベストアンサー ✨
答えはもう1人の方のであってます。しかし、演習をして何となく覚えるというのは絶対にダメです。そんなことをしていては絶対に上達しません。所謂解けた気になってると言うだけです。
当然ですが、張力がなぜそうなるのかについても理由があります。長くなりますが、物理を理解したい場合は簡単なので必ず呼んでください。
高校物理では糸は「伸びない」という条件が予め暗黙的に設定されています。しかし、当然外部から引っ張られると伸びてしまうため、それを防ぐために糸が縮む方向に力が働く訳です。その力を拘束力と言います。(なぜ力が発生するのか？は大学レベルなので省いても大丈夫です。)そして、それが糸に働く場合において張力と呼びます。また、拘束力の特徴というのは値が分からないことです。重力であればmgというように予め値が存在します。しかし拘束力の場合はそれが存在しないためTという文字を使う訳です。数学で言う変数をxと置くみたいなイメージです。そのため、必ず運動方程式を立てる必要があり、そこから答えを探す必要があります。なので、問題でTを求めろってよく言われる訳です。
ちなみに、拘束力には他に垂直抗力Nと静止摩擦力のfがあります。
こういうことを理解しないとある程度は問題集の暗記で賄えますが、一定のレベルを超えると手も足も出なくなっちゃうので気を付けてください。
丁寧な回答ありがとうございます！🙇🏻♀️
運動方程式をつくるというときは、ものが動いているという前提があるのでしょうか。また、拘束力というのは、力が加えられたひもが動きながらでもはたらくのですか？🙏
質問が多くてすみません💦
運動方程式というのはその物体の状態を示す式になります。なので、そもそもとして考えの順番が逆です。物が動いた前提で？と言うのではなくて、運動方程式を立てたから、物体が止まっていると分かるのです。
物体が動いているのか、止まっているのかそういった状態を明らかにするのが運動方程式です。運動方程式を立てた結果、加速度が0と判明するなら物体は止まっていると分かる。そこでaに0を代入した後、綺麗に変形した式のことを釣り合いの式と読んでいるだけです。なので、あくまで全ての始まりは運動方程式です。運動方程式を解く事が出来れば、あらゆる現象が理解出来、問題も解ける訳ですが、当然そんな数学力は高校生にないのでエネルギー保存の法則みたいな技を使って計算をすっ飛ばしている訳です。エネルギー保存の法則の公式は、運動方程式を解けないから補助として出てきてるみたいな認識です。
拘束力はひもの状態によります。あくまで、ひもが伸びないために働く力です。つまり、ひもが少しでも緩んでる状態ならそんな力は必要ないですよね。逆に言うとひもが動いていてもピンと伸びた状態なら拘束力(張力)は糸が縮む方向に発生します。
補足 あくまで上の説明は高校物理のために簡略化したり、少し解釈をねじ曲げてるので物理学的に正しくない部分もあります。力の釣り合いの式等は、大学物理で正体が分かります。
こういうのはそこそこレベルの高い学生でも知らない人が多く、学校でも説明がされないので他にも疑問があれば今のうちになんでも聞いてください。
分かりました！とても助かります✨ありがたく質問させていただきます🙇♀️
最初の質問において、右の箱をFの力で引っ張るとき、右の箱の左側で箱がひもを引っ張る力の大きさはFですか？また、作用反作用の力の場合、ふたつの力は等しくなりますが、右の箱を引くFの力と張力Tは引く力の作用反作用だと思っていたのですが、FとTというように大きさが異なるのはなぜですか？🙏
まず1つ目に関しては、今回の場合は分からないです。
というのも、勝手ながら先の方の写真を参考にしますが、物体を分けて考える事は正しく正解です。なのであの2つの運動式は正しいのですが、もうひとつ付け加える物があります。それは糸の運動方程式です。
糸の質量を仮にm0とした場合、
m0a＝T1-T2です。T1の方が糸の右側の張力です。しかし、写真にはTとTというように同じ張力で書かれています。これは、何故なのか？理由は1つで原則糸の質量は0とされています。
そのためm0＝0より、T1＝T2となります。この事から、既知として、糸にかかる反対の張力は同じ大きさであると言える訳です。これを前提で、残りのふたつの運動方程式を考えます。例えば、今回の場合はma＝F-Tとした場合、mもしくはaが0でない限り、この等式からT＝Fは導けません。逆に言うと、a＝0、つまり、物体は加速していないと言えるのであれば、T＝Fを導けます。
またFとTのように大きさが異なるのは何故か？という質問もそもそもがおかしいです。何故なら、全く別物だからです。全く別の箇所で別の影響による受けている力なのだから当然名称も違います。しかし、数値として一緒になるのかは上で言った通り運動方程式を解かないと分かりません。アメリカ人と日本人はなぜ違うのか？と言ってるようなものです。しかし、体重や身長は測ってみないと分からず、もしかすると同じ可能性もるよね。
更に、作用反作用については、そもそも認識が間違ってます。作用反作用と言うのは２物体間での話です。
この問題の場合、右の物体を引くもの、物体、糸、というように、左の物体を無視しても3つが絡んできています。この時点で作用反作用を考えるには注意が必要です。そして、今回のFとTは3つの物体が関係しており、この間には直接的な関係はないです。なので作用反作用は適用できない。
ここまで説明してきてなんですが、細かい話をすると勝手に参考にしてた写真も少し不十分な点が何個かあるので、自分が再度送り直します。作用反作用の例についてもそこに書きます。
力が出ているところも丸ででかく書いたので注意してください。あと、軸を設定して正方向を定めてください。そして、それと反対向きだと断定できる力は運動方程式に書く際に-を付けて書きます。
2つの物体と糸をFで引っ張ると言うだけの設定でも、写真のようなものをすぐに書けるようになると、自信を持って力学を得意と言ってもいいかと思います。
助かりましたm(*_ _)m
たくさんの質問に答えてくださってありがとうございました！✨
補足ですが、なぜこのような暗黙のルールが高校物理にあるのかと言うと、もしこのルールが無ければえぐいほど難しくなるからです。例えば垂直抗力の場合は床が沈まないという暗黙のルールがあるために、床が沈まない方向(物体を押し上げる方向)に力が働きます。もしこれが守られてないと糸で物体引っ張っていたら床が沈むし、糸が伸びるしってカオスな状態になります。それを防ぐためです。