#３｜コックリさんを高校力学で解剖！ １０円玉が受ける５つのチカラ
本記事は、こちら👇 の連載シリーズの一部です。
耳だけで楽しみたい方は、こちら👇の音声解説を再生してください😊
前回 は、
コックリさんをやると
なぜ１０円玉が勝手に動くのか、
その原理を整理しました。
整理した結果は、
大きく次の２つに分けられました。
１０円玉が指先から受ける 物理的な力
参加者の思い込みや
同調圧力などの 心理的な期待
この連載が目指すゴールは、
高校までの数学と物理を使って
あの特徴的な１０円玉の動きを
理論的にアニメーション化すること。
そこで今回からは、
心理的な期待 は考えないで、
物理的な力 に焦点を絞って進めます。
まずは、こちらの動画をご覧ください。
このように指をのせた１０円玉が動くとき、
１０円玉はどのようなチカラを受けているのでしょうか？
動画を繰り返し再生して、
１０円玉が受けている力を
想像してみてください。
これだけでは、ちょっと難しいですか？
それでは、
この１０円玉が受けているチカラを
一緒に暴いていきましょう！
まずは
次のイラストのように、
紙の上に１０円玉が置かれているとき。
この１０円玉は、
どのような力を受けていると思いますか？
まずはコレ🌏
地球に引っ張られるチカラ、重力！
何もしていなくても、
１０円玉は地球から
下向きに引っ張られています。
次にコレ👇
紙から受けるチカラ、垂直抗力！
１０円玉が重力で落ちないのは、
紙から同じ力で上向きに押し返されているからです。
ここから先は、
１０円玉に指をのせます。
アニメーション化したいのは
１０円玉が紙の上を滑る動きです。
そこで、
影響の少ない動きは
思い切って無視します。
具体的には、
次のような条件を設定して進めます。
● 紙は、水平に置かれている
●１０円玉は、カッチカチに硬い
※形が変わらない
●１０円玉は、紙から浮き上がらない
※紙面とつねに並行
※傾いたり、弾んだりしない
●１０円玉は、円盤のように回転しない
● 指先は、１０円玉の上で滑らない
こうすると
無駄な計算を省くことができるので、
１０円玉が紙の上を滑る動きに集中できます。
そして
ついに１０円玉に
指先をのせました。
このときの１０円玉は
どのような力を受けていると思いますか？
まずはコレ👇
指先から下向きに押されるチカラ！
先ほど、
● １０円玉は、カッチカチに硬い
● １０円玉は、紙から浮き上がらない
という条件を設定しました。
このとき、
１０円玉が上下方向に受けるチカラを
１０円玉の真ん中に集めても、
１０円玉の動きは何も変わりません。
なので、
次のイラストのように、
そのまま足して１つの大きな力とします。
１０円玉が
指先から下向きに大きな力を受ける分、
紙から上向きに受ける垂直抗力も大きくなります。
ここまで、
上下方向のチカラを暴いてきました。
ここからは、
１０円玉が横方向に受けるチカラを
一緒に暴いていきましょう！
まずはコレ💪
指先から横に押されるチカラ！
正確に言うと、
１０円玉が横に動くのは、
指先との間の摩擦があるからです。
ただ、先ほど
● 指先は、１０円玉の上で滑らない
という条件を設定したので、
指先の力をそのまま受けるとして考えます。
また、
● １０円玉は、カッチカチに硬い
● １０円玉は、円盤のように回転しない
という条件も設定しました。
このとき、
１０円玉が受ける横向きのチカラを
１０円玉の真ん中に集めても、
１０円玉の動きは何も変わりません。
なので、
これも先程と同じように
１０円玉の真ん中に働く、
１つの大きな力とします。
次にコレ👇
動きを邪魔するブレーキ、摩擦力！
指先から横に押される力を受けて
１０円玉が動こうとしても、
紙との間にブレーキが働きます。
これが（静止）摩擦力です。
指先から横に押されるチカラが
（最大静止）摩擦力より大きくなると、
ついに１０円玉が動き始めます。
この１０円玉が動いているときも
（動）摩擦力が働き続けます。
これで、
１０円玉が受けているチカラがそろいました。
今なら次のイラストを見れば、
１０円玉がどのようなチカラを受けているのか想像できるのでは？
そのチカラは、次の５つでした。
重力
指先から下向きに押されるチカラ
紙から受ける垂直抗力
指先から横に押されるチカラ
紙との間に働く摩擦力
次回は、
ここに出てきたチカラ（の名前）を使って
１０円玉の動きを数式で表現します！
🔗 次の記事につづく
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