てこのつり合いのコツ・考え方 2〜てこ・つり合いのイメージ・上皿てんびん・釣り合うことは「珍しいこと」〜|中学受験・理科

前回は「てこのつり合いのコツ・考え方 1〜並列・おもり1個・回転する力・モーメント・支点を考える・蜘蛛の糸・芥川龍之介〜」の話でした。

目次

つり合いのイメージ

てこ・ばねのつり合い:並列つなぎ・おもり1個(新教育紀行)

二本の並列バネと一つのおもりがある状況を考えました。

バネの直列・並列

・バネの直列:そのバネの下にある、おもりの重さの合計の重さがかかる

・バネの並列:そのバネの下にある、おもりの重さの合計を分けた重さがかかる

電池・電流、バネなどで「直列と並列」が登場すると、

直列の場合は、
〜のように考えて・・・

とパターン化する考え方もありますが、いずれの場合も「直列・並列のイメージ」を考えましょう。

てこで考える「モーメント」は、「力 x 長さ」ですが、難しく感じる方は、

モーメントのイメージ

・モーメントは「回転する力」

・「力 x 長さ」でグルッと、何かを回転させるイメージ

と考えましょう。

そして、「つり合っている」とは、「どこでもつり合っている」ことになります。

てこ・ばねのつり合い:並列つなぎ・おもり1個(新教育紀行)

棒の左端の点が「つり合っている」ならば、「その点に回転する力(モーメント)」は0となります。

そして、計算すると「力 x 長さ」が等しいことになるので、

てこの問題を解く際に、大事な「力は長さの逆比」の性質のイメージも理解しましょう。

力は、
長さの逆比になるね!

バネとてこは、「バネが伸びて、釣り合った状態」をイメージすることが大事な話でした。

てこのイメージ

・「力は、長さの逆比」

・その理由は「回転する力(モーメント)=力 x 長さ」が等しいから

「てこ」とてんびん算

前回は、てことバネが登場しましたが、今回は「てこのみ登場する話」です。

てこの問題は、多くは「てんびんの問題」になります。

てんびん算として、算数で非常に役立つ考え方の「てんびん」。

食塩水の問題は、てんびん算、面積算、未知数(①)を設定して方程式的に解く方法があります。

どの解き方でも出来れば良いのですが、てんびん算の考え方を最もお勧めします。

まず、未知数を設定する方程式の(代数的)解き方は、大抵の問題に対処できる応用性の高い解法です。

そのため、「非常に強い武器」になりますが、少し「機械的発想」になります。

それは、中学生〜高校生の時に「数学で学ぶ」姿勢が良いでしょう。

また、面積算も非常に大事な考え方です。

「二つの図形があって、片方の辺を短くして・・・」という算数の問題があります。

こういう問題は、問題の設定通り図形を描いて、解くのが良いでしょう。

食塩水の問題を面積算で考えるより、「てんびん算」をお勧めするのは、「より本質的」だからです。

上皿てんびん(有限会社 八幡計器)

理科実験などで「上皿てんびん」を使ったことがあるでしょうから、イメージが湧きやすいでしょう。

もう一つ、算数で「てんびん算」をお勧めする大きな理由があります。

それは、「算数と理科を同時に学び、強化できる」ことです。

てこもてんびん算も難しくはなく、「しっかり理解できれば、比較的解けるようになる」分野です。

ぜひ、てこを「公式から」ではなく、「イメージをしっかり持って理解」して、

てこ・食塩水(てんびん算)の問題は、
少し難しくても、だいたい出来る!

という自信を持ってほしいと思います。

てことは何か?

今回は、てこ・てんびんを、しっかりとイメージ・理解しましょう。

「てこの基本」を考えてみましょう。

上記のような基本モデルに対して、

長さx おもさ(力)が
・・・・・

とか、

おもさ(力)が、
長さの逆比だから・・・

と教わることが多いでしょう。

てんびんは、てこの一つの特殊な状況です。

ところで、てこ(てんびん)とは何でしょうか?

てことは何か?って、
考えたことないけど。

棒とおもりが
あること、かな?

そうね。
「釣り合うこと」かしら。

てこに引っ掛かっている、おもりには「重さ」が掛かります。

これまでは、重さと力を考えれば良かったのです。

動かっ車の考え方(新教育紀行)

ばねもかっ車も「力」を考えれば解けました。

てこでは「新たな力(モーメント)」が登場します。

「重さ」だけではなく、「おもりがどの位置にあるか」「おもりと視点の距離」が重要になります。

そうだよね。
それで「長さx 重さ」だよね。

その時に、「長さx 重さ」の力がかかるイメージを、しっかり持ちましょう。

支点の両側にある、おもりは、グルッと回転させる働きをします。

これまでは、おもりは「下向き(重力)に重さをかける」だけでしたが、違う働きです。

この「重さx長さ」の働きを「モーメント」と呼びます。

この名前は、難しいようでしたら、イメージとして、「回転する力」と考えましょう。

「長さx 重さ」は「力」ではないのですが、イメージとしては「回転をもたらす力」で良いでしょう。

釣り合うことは「珍しいこと」

理科の問題で、てこ・てんびんが出てくる時は、大抵が「釣り合っている」状況です。

そうだね。

「釣り合ってません」という問題は、
ないね・・・

問題の設定で「一時的につり合わなくなる」状況があるかもしれません。

その場合も、最終的には「つり合った」状態になるでしょう。

上皿てんびん(有限会社 八幡計器)

学校の理科実験で、「分銅を使って、てんびんの釣り合いをとる」実験をしたことがあると思います。

やったよ!

あれ、
結構難しいんだ。

そうよね。
ちょっと分銅おくと、釣り合わなくなったりして・・・

あの「分銅を置いて、釣り合う」という実験は、結構難しいです。

中学以上では、電子質量計が登場するので、なかなかやらないです。

「釣り合いをとる」のは、難しいことです。

つまり、「釣り合う」ことは「普通ではないこと」で「珍しいこと」なのです。

「釣り合わない」のが「普通」なのです。

「回転する力」を、グルッと描いてみて、「釣り合うこと」をイメージしてみましょう。

新教育紀行

この記事が気に入ったら
フォローしてね!

目次