なぜ「てこの原理」は小さな力で重いものを動かせるのか?

てこの原理を使えば、小さな力で重いものを持ち上げることができるのは、学校でも習ったことがあるでしょうし、実際に、シーソーなどの遊びや生活の中で実感したことがあるでしょう。

シーソーを使えば、普通に持ち上げたとするなら持ち上げることができないような相手でも、簡単に押し上げることができますよね。

てこは、いろんなものに活用されていて、はさみやペンチ、バールやくぎ抜き、缶ジュースのプルタブなんかもてこを活用しています。

身体も、筋肉の力によって、骨を「てこ」として使い、外部に力を発揮しています。

てこはとても身近なものなのです。

では、なぜ「てこの原理」では小さな力で重い物を持ち上げることができるのでしょうか?

上の図の黄色の丸い部分を支点(力点と作用点を支える力の中心点)とします。

なので、黒色の棒は支点を中心として回転することになります。

そして、AとBのブロックは同じ重さで、A’とB’はそれぞれのブロックを回転させた後の姿です。

てこの原理には、支点、力点、作用点があります。

整理しておくと、

支点は力点と作用点を支える力の中心点のことをいいます。

力点が力を加えられる点のことをいいます。

作用点は力が働く点のことをいいます。

このとき、①Aに力を加えて動かす場合(Aを力点とする場合)と、②Bに力を加えて動かす場合(Bを力点とする場合)では、①のほうが楽に動かすことができます。

なぜそうなるかというと、棒を回そうとする場合に、①は支点とBの距離が近いので、てこによって生じる回転運動の半径が小さく、Bの移動距離が短くて済むからです。

逆に、②では、支点とAの距離が遠いので、てこによって生じる回転運動の半径が大きく、Aの移動距離が長くなってしまうからです。

物理の世界では、重さと速度をかけたものを運動量といい、物を動かす「力」とは、ある時間(単位時間)内にどれだけの運動量を発生させられるかを表したものです。

つまり、 同じ角度だけ棒を回そうとすれば、 重さが同じ物体の移動させなければならない距離の違いから、①は必要とされる力が少なく、②は必要とされる力が多いといえます。

棒を介して2点(図ではAとB)をつなぐことで、必要とされる力に変化を起こすことができるので、てこの原理では小さな力で大きなものを動かすことができるのです。

てこは、重いものを動かす場合だけでなく、物の移動させる効率を上げる方法として利用することもできます。

たとえば、②では、必要とされる力が多い分、Bを少し動かすだけで、Aを大きく動かすことができます。

作用点の移動スピードを上げたい場合、①よりも②のほうが有利になります。

これらてこによる2つの事象は、身体の使い方を考える上でも、よく出てくるものなので、知っていたほうが良いでしょう。

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