シミュレーションのリンク
扱っている現象および本教材の説明
力の合成とは、物体に同時に複数の力が作用するとき、それらと同じ効果をもつ1つの力（合力）を求めることです。このシミュレーションでは、2つの力 \( F_1 \)・\( F_2 \) の大きさと向きをスライダーで調整し、合力の大きさと向きをリアルタイムで確認できます。
合力は次のようにベクトルの和として求められます：
$$ \mathbf{F}_R = \mathbf{F}_1 + \mathbf{F}_2 $$
また、平行四辺形の法則により、\( F_1 \) と \( F_2 \) を2辺とする平行四辺形の対角線が合力の方向と大きさを表します。
このシミュレーションでは以下のパラメータを調整できます：
- \( F_1 \) の大きさ (0〜100 \( \text{N} \))
- \( F_1 \) の向き (\( -180° \)〜\( +180° \))
- \( F_2 \) の大きさ (0〜100 \( \text{N} \))
- \( F_2 \) の向き (\( -180° \)〜\( +180° \))
画面上では、赤い矢印が \( F_1 \)、青い矢印が \( F_2 \)、緑の矢印が合力 \( F_R \) を示します。また破線は平行四辺形の補助線です。右下の情報パネルには各力の大きさと向きが数値で表示されます。
観察できる現象
- 2 つの力が同じ向きのとき: 合力の大きさは \( F_1 + F_2 \) となり、最大になります
- 2 つの力が逆向きのとき: 合力の大きさは \( |F_1 - F_2| \) となり、向きは大きい方の力の向きになります
- 2 つの力が直角のとき: 合力の大きさは三平方の定理から \( \sqrt{F_1^2 + F_2^2} \) になります
- 2 つの力がなす角度が大きくなるほど、合力は小さくなります
対象
- 高校物理を学習している学生
- 力の合成・分解やベクトルの概念を視覚的に理解したい学習者
使用方法
- 「⚙ 設定」ボタンをクリックして設定パネルを開きます
- スライダーで \( F_1 \) と \( F_2 \) の大きさと向きを調整します
- 画面上の矢印と右下の情報パネルで合力の変化を確認します
- 「リセット」ボタンで初期値に戻ります
ポイント
- 2 つの力が同じ向きのとき合力が最大になり、逆向きのとき最小になることを確認しましょう
- 平行四辺形の対角線が合力を表すことを、破線の補助線を使って視覚的に確認できます
- 合力の向きは必ずしも \( F_1 \)・\( F_2 \) の向きの中間にはなりません
参考文献
- 高校物理教科書
- 大学物理力学の教科書