作用反作用 その8  M-47　No192　2010年3月4日（木）

0  どのものについて論じようというのか。
1  “二人の女生徒が互いの手を握り合って＜ひっぱりっこ＞をしていますが, 勢力が伯仲していて, どちらにも倒れません. 力はつり合っています” 力の学習の誤った一例です。
2  物理学でいうと, 二人のひっぱり合いは作用反作用であって, つり合いではありません。 これは, 千葉の中学生たちが使用していたワークブックの例だったので, 学習指導要領の伝達講習会で質問をしました。 “この2力は作用反作用であって，つり合いではないのではないか”と．この会は連続2日に亙って持たれましたが, 翌日, 指導主事の先生はこう解説されたものです。   “二人の生徒は, 小さい輪をひっぱっていたとしましょう。 この輪については力はつり合っています。 輪を徐々に小さくしていった極限で, 輪がなくなった，と考えればよいのではないでしょうか”   私はこれを＜リングの思想＞と呼ぶことにしています。   現在の物理の教科書にも，＜輪を引いている二人＞の絵（上記のことと無関係でしょうが）があったりして，嗤いを押さえることができません。
3  金属の輪が3個つながっていて，両側の輪を左右に引きます. 左右の輪のそれぞれが, 中央の輪と引き合う力は作用反作用ですが, 中央の輪について考えると, 力はつり合っています。 同じ3個の輪でありながら, どうして, このようなことになるのでしょうか。   作用反作用とつり合いは, そのような操作的な違いではないのです。   問題にしているのが中央の輪だとします。 この輪が動きだすかどうか, あるいは, 壊れるかどうか，をこれから論じようというのです。 それには, この輪にどんな力がはたらいているかを考えなくてはなりません。 この輪に力を与えているのは左右の輪です. 問題の輪は，右の輪から右に引かれ，左の輪から左に引かれています。それからどうなる…．ここまできたら，両側の輪は，もう，考慮の外なのです。 役目は終わったのです。 問題の輪が小さくなっていって, なくなったとしたら，その時点で＜問題はなくなってしまった＞のです。 論じる対象がなくなってしまったのですから。
4         上の女生徒の例では, 例えば, 左の生徒が「引き勝って」，二人が左の向きに倒れ込みつつある状態にあっても，二人が引き合っている力は作用反作用ですから等しいのです。 対象が2個ある時には，つり合いは論じません．一つずつで扱います。
5         それでは、左の生徒についてつり合いを論じてみましょう。この生徒にはたらく力は，生徒の重力（この生徒が地球から引かれる力），右の生徒に引かれる力，地面からの抗力，この３力がつり合っていて…，ということになります。

蛇足

1　ばね秤に5kgのおもりが吊ってあって, ばね秤の指標は5kgを指しています。 おもりがばね秤を引いている力は5kgで, ばね秤がおもりを引いている力も5kgです。 両方の力は同じ5kgで「つり合って」います。 ばね秤はこのように使われるのです。 常識で考えている限り，この数値に関しては何の問題もありません。　しかし…
2  物理でいう力はものにはたらいて, そのものの運動状態を変えるのです。 一つのものに二つ（以上）の力がはたらいて, 相殺されている場合には, 運動の変化は起きませんが, ものが変形します。
3  上の例では, ばね秤が上に引いている力はおもりにはたらいていて, おもりが下に引いている力はばね秤にはたらいています。 この力は作用反作用の2力です。 一つのものにはたらいていないので, つり合いを云々する状態にはないのです。 
4  二つの力が同じであっても, 等しいことをつり合っている, と表現してはいけません。 ＜つり合い＞は学術用語(テクニカルタームス)なのですから， 限定して使われます。   
5  上述したように, 力を云々するときには, どの物体について論じようとしているのかを, 始めに確認しなくてはいけません。　
6  ちなみに，上の例では（ばね秤の重さを省略す）おもりに関しては，おもりの重力と，ばね秤がおもりを引く力，がつり合っています。ばね秤に関しては，ばね秤をおもりが引く力と，ばね秤を天井が引く力，がつり合っています。
７　少々危険な言い方をすれば，おもりの重さと、ばね秤がおもりを引く力の大きさには関係がありません。実際、エレベーターの中にこの装置を持ち込んでみれば，このことがわかるでしょう。
８　写真ではばね秤の代わりにばねを描いてあります。