この問題で、物体がレールから離れないための条件はN≧0となるのは何故ですか。 授業で「作用・反作用の

この問題で、物体がレールから離れないための条件はN≧0となるのは何故ですか。
授業で「作用・反作用の考え方を使う」と言っていたのですが、それを使うとすれば、レールが物体から受ける力は上向きでN+mgということですか。そして、Nが0になるとレールが物体から受ける力は上向きでmgとなり、N<0になるとレールが物体から受ける力は上向きでmgより小さくなって
レールが物体から受ける力<mg(下向き)となるため、ブッタはレールから離れてしまう。よって、
物体がレールから離れないための条件はN≧0ということで良いのですか。
もし間違っていれば、出来れば図を使って説明してください。

No.1 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2018/10/17 20:34

＞レールが物体から受ける力は上向きでN+mgということですか。

違うでしょ？　
「レールが物体から受ける力」は、作用・反作用から「物体がレールから受ける力」に等しいのですよ。
その「物体がレールから受ける力」が「垂直抗力 N」なのです。

では、「レールが物体から受ける力」、逆の言い方をすれば「物体がレールを押す力」は何でしょうか？
物体が静止してレールの上に乗っていれば、重力 mg です。
でも、ループの上の方では、重力は下向きだから違いますよね？　そこでは物体は円運動をしているので、レールの方向（レールの接線と直角な方向）には「遠心力」が働いていますよね。そして、ループの上半分に行けば、重力が「遠心力」から差し引かれて「物体がレールを押す力」は小さくなりますよね。
（ただし、遠心力と重力とは方向が異なるので、正味の「レールを押す力」はベクトルとして計算しないといけない）

つまり
　N = 遠心力 - 重力の斜面に直角な方向の成分
ということです。
そして、
　遠心力 < 重力の斜面に直角な方向の成分
となったら、物体はレールから離れて落ちちゃいますよね。これが、物体がレールから離れないための条件は N ≧ 0 ということです。

ここまでの説明で、一応質問内容はカバーしていると思いますが、納得できますか？

No.2 回答者： tknakamuri 回答日時： 2018/10/20 11:24

>レールが物体から受ける力は上向きでN+mgということですか

レールと物体との間に働く力が垂直抗力。
Nを非負のスカラーとすると
物体からレールへは上向きにN、レールから物体へは下向きにN

mg+Nは物体に加わる全ての力の合計で下向きが正。

>Nが0になるとレールが物体から受ける力は上向きでmgとなり

0になります。レールを上に押す力が無くなる→レールから離れる
ということ。