力のつり合いと作用・反作用の違いについて学習します。物体にはたらく力がつり合って物体が静止する場合と、物体どうしが力を及ぼし合う内容を理解します。
力のつり合いと作用・反作用
2力のつり合いとは、物体にはたらいている2つの力がつり合って、物体が静止をしたり、等速直線運動を続けたりすることです。次の3つの条件を満たせば2力がつり合います。
- 2力の向きは反対
- 2力の大きさが等しい
- 2力は一直線上ではたらく
力のつり合いは1つの物体にはたらく力
つり合っている2力は、1つの物体にはたらいている力です。したがって、つり合っている2力を探すためには一つの物体だけに注目するようにしてください。
例えば、床に物体が置いてあり静止しているとき、物体には次の力がはたらきつり合っています。
- 地球が物体を引く力（重力）
- 床が物体を押す力（垂直抗力）
ともに「物体」にはたらいている力だとわかります。
また、ばねによって物体がつり下げられ、静止している場合、物体には次の２つの力がはたらきつり合っています。
- 地球が物体を引く力（重力）
- ばねが物体を引く力（弾性力）
この場合も、ともに「物体」はたらく力になっています。
作用・反作用は2つの物体にはたらく力
作用・反作用の法則は、簡単に言うと、「力はペアになってはたらく」という法則です。力を加えると、必ず同じ大きさの逆向きの力が帰ってくるという法則です。作用の力と、反作用の力は次のような関係があります。
- 大きさが等しい
- 向きが反対
- 作用点が同じ ※重力などは例外
右の図のように、壁にボールをぶつけた場合、ボールは壁から跳ね返ってきます。これは、ボールが壁に力を加えた場合（作用）、壁もボールに力を加える（反作用）からです。
作用・反作用の関係にある2力は比較的簡単に見つけることができます。力がはたらく点である作用点が同じだからです。その作用点からそれぞれ別の物体に逆向きにはたらいている力を見つければいいのです。
例えば、右図のように物体が床に置いてある場合のことを考えてみてください。このときの作用・反作用の関係にある2力は次の2つです。
- 物体が床を押す力
- 床が物体を押す力（垂直抗力）
「床」にはたらく力と、「物体」にはたらく力になっていますね。そして、作用点がともに同じ位置になっています。
また、右図のように物体がばねによって物体がつり下げられ、静止している場合を考えると、作用・反作用の関係にある2力は次の2つです。
- 物体がばねを引く力
- ばねが物体を引く力（弾性力）
「ばね」にはたらく力と、「物体」にはたらく力になっています。そして、作用点がともに同じになっています。
「2力つり合い」と「作用・反作用」の判断
2力つり合いと作用・反作用を判断する方法を説明します。
2力のつり合いを探す場合
- 静止している（または、等速直線運動をしている）1つの物体だけに注目
- その物体にはたらいている2つの力を探す
- このとき2力は「2力つり合いの条件」を満たしている
※2力つり合いの条件
「2力の大きさが等しい」「2力の向きが反対」「2力は一直線上ではたらく」
作用・反作用の関係を探す場合
- 1つの作用点（力がはたらいている点）を探す。
※物体と他の物体が接触しているところ。ただし、磁力や電力を帯びた2つの物体の場合は接触していなくても作用・反作用が発生するので注意 - その作用点からそれぞれ逆向きに2つの物体にはたらいている力を探す。
- このとき2力は「向きが反対」で「同じ大きさ」になっている。
【対策問題】力のつり合いと作用・反作用
右の図は、物体をばねにぶら下げ、天井からつるしたもので、ばねがのび、しばらく時間をおいて物体を静止させた状態の図である。これについて、以下の各問いに答えなさい。ただし、ばねにはたらく重力は無視できるものとする。
（1）図中Aの力は、物体にはたらく重力を表している。重力とはどのような力か。「〇〇が△△を引く力」のように説明しなさい。
（2）図中のばねには、もとの形に戻ろうとする性質がある。この性質を何というか。
（3）右の図で、2力のつり合いの関係にある力は、どれとどれか。記号で２組答えなさい。
（4）右の図で、作用・反作用の関係にある力はどれとどれか。記号で２組答えなさい。
（5）右図の物体をばねから外し、床に置いて静止させた場合、物体にはたらく重力とつり合う力は何か。力の名称を答えなさい。
【解答・解説】力のつり合いと作用・反作用
（1）地球が物体を引く力。
重力とは、地球が物体をその中心に向かって引く力です。地球上のすべての物体にはたらく力で、物体の全ての部分にはたらく力なので、物体の中心に作用点を取って、真下に矢印を引きます。
（2）弾性
弾性とは、変形した物体が元に戻ろうとする性質です。ばねやゴムなどが引き伸ばされたときにこの性質が現れます。この弾性によってつくりだされる力が弾性力です。
（3）AとC、BとE
２力のつり合いの関係にある力を見つけるには、まず１つの物体のみに注目します。図のばねにつるされた物体に注目すると、物体にはたらく重力Aと、物体をばねが引き上げる力である弾性力Cがはたらき、つり合っていることがわかります。また、ばねも引き伸ばされた状態で静止しています。ばねだけに注目して、ばねにはたらいている力を確認すると、ばねを下向きに引く力Bと、天井がばねを上向きに引く力Eがつり合いの関係にあることがわかります。このように、2力つり合いの力を探すためには、1つの物体のみに注目し、その物体にはたらく2力を探せばいいのです。
（4）BとC、DとE
作用・反作用の関係にある２力は、１つの作用点から２つの物体に向かって伸びる力になります。物体とばねの接点に注目すると、物体がばねを下向きに引くと（B）、ばねも物体を上向きに引っ張っています（C）。また、天井とばねの接点に注目すると、ばねが天井を下向きに引く力（D）と、天井がばねを上向きに引く力（E）が、作用・反作用の関係にあることがわかります。このように、作用・反作用の関係にある2力を探す場合、1つの作用点に注目し、そこから2つの物体にはたらく2力を探せばいいのです。
（5）垂直抗力
床などが物体を垂直に押し返す力を「垂直抗力」といいます。床の上に置いてあり、静止している物体には重力と垂直抗力がはたらき、つりあいの関係になっているのです。
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