力の合成とは?計算方法と平行四辺形の関係
力の合成とは、物体に働く複数の力を、同じ効果を持つ1つの力(合力)にまとめることです。
平行四辺形の法則
同じ作用点に働く2つの力の合力は、その2力を2辺とする平行四辺形の対角線になります(平行四辺形の法則)。これがベクトルの和です。
計算方法(直交成分)
実際の計算では、各力をx・y方向に分解して成分ごとに足し、最後に合成します。
Rx = ΣFx Ry = ΣFy → R = √(Rx² + Ry²)
合力の向き θ=tan⁻¹(Ry / Rx)
2力のなす角がθのとき、合力の大きさは余弦定理から次のようにも求められます。
R = √(F₁² + F₂² + 2·F₁·F₂·cosθ)
3つ以上の力の合成
3つ以上は、示力図(力の多角形)で順に矢印をつなぐか、平行四辺形を繰り返して求めます。
まとめ
- 力の合成は複数の力を1つの合力にまとめること。
- 2力は平行四辺形の対角線が合力。計算は直交成分の和→合成。
- R=√(Rx²+Ry²)。2力なら余弦定理でも求められる。