力・トルク

力とモーメントは物理学で議論される非常に重要な概念である。この2つの概念は、力学、工学、そして物理学のほとんどすべての分野で重要な役割を担っている。今回は、力とは何か、モーメントとは何か、力とモーメントの定義を説明し、最後に両者を比較し、力とモーメントの違いについて説明します。

パワーとは何か？

力は、あらゆる物理学において非常に重要な概念である。最も基本的な意味で、4つの基本的な力があります。重力、電磁気力、弱い力、強い力である。これらは、相互作用とも呼ばれ、非接触の力である。私たちが日常、物を押したり、何らかの作業をするときに使う力は、接触力である。ここで重要なのは、力は常に対で働くということです。物体Aが物体Bに作用する力は、物体Bが物体Aに作用する力と等しく、かつ反対である。これはニュートンの運動の第三法則である。

力の一般的な解釈は「仕事をする能力」です。ここで重要なのは、仕事をするためには力が必要だが、必ずしもすべての力が仕事をするわけではないということである。力を加えるには、一定のエネルギーが必要です。このエネルギーは、力が加わっている物体に伝わります。この力は、第二の物体に作用する。この意味で、力とはエネルギーの伝達手段である。

トルクとは？

トルクは、ドアの取っ手を回す、ボルトを締める、ハンドルを回す、自転車を漕ぐ、首を回すなど、日常の簡単な動作で体感することができます。ここで重要なのは、これらの動きのそれぞれに、円運動や回転運動があるということです。角運動量が変化するこれらの運動のいずれにおいても、物体には必ずトルクが作用していることがわかる。トルクは、大きさが同程度で、方向が逆で、互いに平行な一対の力によって発生します。この2つの力は有限の距離で隔てられている。

物理学では、モーメントという言葉はトルクと同じ意味である。トルクとは、ある軸、ピボット、支点などを中心に物体を回転させようとする力の傾向として定義されます。また、回転軸から距離「r」に作用する1つの力を用いてトルクを与えることもできる。このようなシステムのトルクは、加えられた力とrの積に等しくなります。トルクは、数学的には物体の角運動量の変化率として定義される。これは、直線運動における力-直線運動量の関係と一致していることがよくわかる。また、トルクは回転慣性モーメントと角加速度の積に等しい。トルクは、力と距離の積で方向が決まるベクトル量である。回転面に対して垂直である。

力とモーメントの違いは何ですか？

-力は単独で作用することも、トルクとして作用することもある。

-トルクは、角運動における力の対極にあるものです。

-トルクはニュートンメートルで、力はニュートンで表します。