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剛体にはたらく力

物体には質量と大きさがあるものですが、大きさがなく質量だけがあるとみなしたものを質点といい、大きさも質量もあるとみなしたものを剛体といいます。剛体の定義についてさらに付け加えると、剛体とは変形しないとみなせる物体、であります。逆に変形してしまう物体は弾性体といい、弾性力を考慮しなければなりません。厳密には世の中の物体はすべて弾性体なのですが、物理の法則を論じる上で考えやすいように、質点とか剛体とかいうものを考えています。

 

剛体と質点の違いは、大きさがあるかどうかです。物理では、物体がどのくらいの速さで動くのか、どのくらいの力が加わったのか、ということを考える一方、物体に大きさがあるときは、その物体が回転しているかどうかも考えます。これは、物体に大きさがないときは考えないことです。つまり、剛体と質点の大きな違 いは、回転を考えるかどうかです。僕の理解でいうと、質点は点でしかないので、回転のしようがなく、剛体は形あるものなので、回転を考えなければならないというようなイメージです。

並進運動とは、物体が2点間を移動する運動のことをいいます。

回転運動とは、軸を中心に回転する運動のことをいいます。

 

剛体の運動は、これら2つのうちのどちらかであるか、この2つの運動を組み合わせたものになっています。

 

重心とは、物体(剛体)の中心、つまり、重さ(重力)を考慮したときにその点を支えると全体を支えることができる点のことをいいます。重さ的にバランスのとれる点です。

 

バランスとは、平衡状態を維持するために必要とされる能力のことをいいます。また、平衡とは、静止している状態、あるいは動いている物体のスピードとその方向に変化のない加速度ゼロの状態をいいます。

剛体の1点を糸でつるして静止したとき、重心は糸の張力の作用線上にきます。重心が作用線上にないときはバランスがとれず剛体が動いてしまいます。つまり、剛体が静止してつり合っているときというのは張力の作用線上のどこかに必ず剛体の重心があるということです。

 

なので、糸を結ぶ位置をずらしてもう一度つるしたとき、先ほどの作用線との交点が重心となります。2つのそれぞれの作用線の上に重心がある、という条件を満たす位置というのは、その2つの作用線の交点だけだからです。

 

さらに何回糸の位置を変えて吊るそうとも、剛体が静止するかぎり、糸の張力の作用線は、上記の交点を通るということになります。

 

物体が2つある場合での重心であっても、重心の位置は必ず1か所になります。たとえば、鉄球Aと鉄球Bがあって、そのときの重心は鉄球Aと鉄球 Bの間のどこかにあるわけですが、この重心はあくまでも1箇所です。これは鉄球Aと鉄球Bの2つに着目した場合です。もし、鉄球Aだけに着目するなら ば、その重心は鉄球Aの中心付近の1箇所にあります。鉄球Bだけに着目するならその重心は鉄球Bの中心付近の1箇所にあります。

 

重心というものは着目のし かたによって変わり、その着目のしかたごとに1箇所だけ存在します。

 



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