物理重要問題集に載っていた問題がいまいち納得出来ません。図のように立て掛けてある棒にpから2/3lの

物理重要問題集に載っていた問題がいまいち納得出来ません。図のように立て掛けてある棒にpから2/3lの部分に質量mの粘土球を乗せると粘土球には摩擦力、垂直効力、重力が働きます。また、同じ質量の小球を同じ位置に置くと、重力、垂直抗力が働きます。(摩擦力は働きません。小球は棒の上を滑ります。)この時粘土を乗せた場合と小球をのせた場合で床からの棒への垂直抗力が違うんですがどうしてですか？(粘土をのせた場合は床からの垂直効力が(M+m)g、小球を乗せたときには(M+m/2)gです。。)

質問者からの補足コメント

• 床からの抗力の話をしています。棒から小球、粘土球への抗力ではありません。

    補足日時：2018/12/26 15:16

No.4 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2018/12/27 00:53

No.3です。

少し補足。

問題文が全文示されていないので条件が分かりませんが、小球と棒の間に摩擦が全くないとすれば、棒の重力は
(a) 小球が棒に沿って斜め45°方向に加速する力：mg*sin(45°)
(b) 小球が棒を押す力（棒に垂直方向）：mg*cos(45°)

この(b)のうち、鉛直下向きの成分は
　mg*cos(45°) * cos(45°) = mg/2
になりますから、棒の質量 M と合わせて、棒（+小球）が床を押す力は
　Mg + mg/2
になります。#3 に書いたとおり、「床が棒を押す力（垂直抗力）」はこれの反作用であり、これと同じ大きさで逆向きです。
これが、質問文に書かれている「(粘土をのせた場合は床からの垂直効力が(M+m)g、小球を乗せたときには(M+m/2)gです。。)」ということですよね？

なお、蛇足ですが、(b) のうちの「水平方向成分」は、棒のＰ点周りの力のモーメントと合わせて「棒が壁ををす力」になります。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。

お礼日時：2018/12/29 00:27

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2018/12/27 00:39

No.1&2です。

「補足」を見落としていました。

＞床からの抗力の話をしています。棒から小球、粘土球への抗力ではありません。

結局は同じことです。棒が静止してる限り、
　小球が棒を押す力 = 棒が小球を押す力（反作用）
　棒が床を押す力 = 床が棒を押す力（反作用）
　棒が壁を押す力 = 壁が棒を押す力（反作用）
だし、
　小球が棒を押す力の鉛直成分 + 棒の重力 = 棒が床を押す力
です。

加速度分だけ「小球が棒を押す力」が小さくなれば、その鉛直成分の分だけ「棒が床を押す力 = 床が棒を押す力（反作用、垂直抗力）」も小さくなります。

No.2 回答者： yhr2 回答日時： 2018/12/26 15:36

No.1です。

「お礼」に書かれたことについて。

＞加速度運動に使われている力は棒にかからないと言うことですか？

はい、そういうことです。

たとえば、下記の問題では、滑車の両側の質量が等しくないので「重い方」に加速されます。
https://www.rikagasuki.com/2017-4b

運動方程式は
　Ma = Mg - T
　ma = T - mg
なので
　a = [(M - m)/(M + m)]g
　T = 2Mmg/(M + m)
になります。ですから、滑車にかかる力は、２つの張力の合計とつり合うので
　2T = 4Mmg/(M + m)　　　①
です。２つの物体の重力の合計は
　(M + m)g　　　　　②
ですから異なりますよね。

M=m なら、つり合って滑車は動かず、天上からつるす力①は
　2T = 2Mg = 2mg
となって２つの物体の重力の合計とつり合いますね。

No.1 回答者： yhr2 回答日時： 2018/12/26 14:35

止まっているエレベータに体重 60kg の人が乗れば、エレベータの箱（籠）に 60kg に相当する重力がかかりますよね？

そのエレベータの箱が自由落下していれば、中の体重 60kg の人の体重はエレベータの箱にはかかりませんよね？　人はエレベータの箱の中で「無重力状態」のように浮いていますから。

そのように、「加速度運動しているもの」に働く力は「静止しているとき」の力と同じではないのです。

棒に乗せた物体は、「重力 - 垂直抗力 ≠ 0」の力によって「加速」しているのです。
もし「重力 - 垂直抗力 = 0」だったら、力がつり合って物体には加速度は発生せずに「静止」したままです。

分かりますか？　重力と垂直抗力合力がゼロでないから、その力に見合った「F = ma」の加速度「a」が生じるのです。
合力がゼロなら、「0 = ma」で「a=0」になります。

この回答へのお礼

加速度運動に使われている力は棒にかからないと言うことですか？

お礼日時：2018/12/26 15:06