7時間目 つり合いと弾性力

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ここからの時間は、ゆーき先生が欅坂46平手友梨奈ちゃんをイメージした架空のキャラクターてちこちゃんに相対性理論を教える教室。前回の授業から力学が始まったが、てちこちゃんはいきなり核心を突く質問をしていたぞ。

では早速ゆーき先生の相対LOCKS!

カワウソ
てちこ

生徒の皆さんこんばんは、相対LOCKS担当のてちこです。前回は……えーと、重さ? についての授業でした

ガラガラ(扉の開く音)

ゆーき
ゆーき

こんばんは、相対LOCKS担当のゆーきです

カワウソ
てちこ

あ、今日は普通なんですね

ゆーき
ゆーき

前回、力と重さの話をしました。今回はそれのちょっと補足的な内容です

カワウソ
てちこ

はい

ゆーき
ゆーき

重さ、または力の単位としてkgw(キログラム重)というのがあると話したけど、これは地球上で質量1kgの物体を持ち上げるのに必要な力だと話したのは憶えているな?

カワウソ
てちこ

はい、憶えてます

ゆーき
ゆーき

では、その基準となる1kgというのはどうやって決めたか、について説明します

カワウソ
てちこ

はい

ゆーき
ゆーき

1kgというのは、もともと水1Lの重さ、で決めようとした

カワウソ
てちこ

そうなんですか

ゆーき
ゆーき

ところが、この水1Lというのがなかなか難しい。水の体積は温度によって変化するということがわかって、1799年に『キログラム原器』というのを作って、この質量を1kgにすると決めた

カワウソ
てちこ

なんか、凄い装置なんですか? 『もう森へ帰ろうか』のミュージックビデオに出てくるような……


(凄い装置のイメージ)

ゆーき
ゆーき

いや、円柱型の金属の塊だ


国際キログラム原器のCG By en:User:Greg L – Originally uploaded to English Wikipedia as CGKilogram.jpg, CC 表示-継承 3.0, Link

 

カワウソ
てちこ

そうなんだ

ゆーき
ゆーき

重さの基準になる金属の塊を分銅(ふんどう)というんだけど、このキログラム原器という一つの分銅から色々なものの重さを決めていく

カワウソ
てちこ

どうやって決めるんですか?

ゆーき
ゆーき

『天秤』という装置を使う

例えばキログラム原器のちょうど10分の1の重さの分銅を10個作って、天秤の片側にキログラム原器、反対側に新しく作った分銅10個を載せて、釣り合っているかを確かめる。

これの繰り返しで、色々な重さの分銅を作っていくんだが……

ゆーき
ゆーき

てんびん座は知ってるよな?

カワウソ
てちこ

はい。ずみこ……今泉佑唯尾関梨香小林由依ってメンバーがてんびん座ですね

ゆーき
ゆーき

2016年12月23日発売の雑誌Zipperとじ込み付録2017年星座占いPHOTO BOOKでゆいぽんこと小林由依ちゃんがてんびん座のコスプレをしてたのでお馴染み!

カワウソ
てちこ

あ……またオタが出た

ゆーき
ゆーき

平手友梨奈ちゃんはカニでした! 真っ赤な服でバルタン星人みたいなやつ(笑)

カワウソ
てちこ

あれはカニの爪です!

ゆーき
ゆーき

牡羊座もしてたね

カワウソ
てちこ

もう……よく見てますね

話を戻すと、この天秤というのは力のつりあいというを測っている。このつり合いという概念はとても重要で、例えば建物なんかの設計をするときには、かならずこの力のつり合いを計算するんだ

 

ゆーき
ゆーき

佐藤詩織ちゃんも、大学で構造設計を勉強してるかもしれないよ

カワウソ
てちこ

そうなんですね……今度きいてみよう

ゆーき
ゆーき

で、これとは別に、重さや力の測り方にはばねのような弾性力を使う方法もある

カワウソ
てちこ

ばね、ですか

ゆーき
ゆーき

最近のデジタル表示じゃなくて、昔からある体重計はばねを使っている

カワウソ
てちこ

あ、勢い良くのるとビヨーンってなるやつですね、ふふふ


そういうことをすると体重計が狂うのでやめましょう。

ゆーき
ゆーき

そう、あれはばねが縮むために必要な重さを計っていることになる。つまりばねの弾性力とのつり合いを利用しているんだ

カワウソ
てちこ

はい

ゆーき
ゆーき

で、この力のつり合いの法則を調べるのを静力学という。ちなみに、このつり合いが崩れたとき、どうなるかわかりますか?

カワウソ
てちこ

どうなるんだろう……あ、はいっ、わかりました先生

ゆーき
ゆーき

はいどうぞ

カワウソ
てちこ

例えば、天秤で片っぽの分銅を外しちゃったらガタッて傾いちゃいますね。あと、ばねもビヨーンってなります

ゆーき
ゆーき

そのガタッとかビヨーンっていうのが、表現としてはアレだけど、おまけでマルにしてあげる。正解は『運動が生じる』です

カワウソ
てちこ

運動?

ゆーき
ゆーき

天秤が傾くという運動だったり、ばねが伸び縮みするのも運動ね

カワウソ
てちこ

なるほど……

この、運動がどうやって起きるか、どういう運動が起きるかという、力と運動の関係の法則を調べるのを動力学といいます。

ゆーき
ゆーき

動力学という言葉は前にも出てきたんだけど、憶えてる?

カワウソ
てちこ

え……、憶えてません

ゆーき
ゆーき

まおちゃんが来てくれた時に話したからな。と、いうわけで今回の授業は以上!

カワウソ
てちこ

では、生徒の皆さんとはまた次回お会いしましょう