ORBIT LOGO http://www.orbit-ltd.net 機械システム開発
FA・LA各種自動化機械設計
Since 1995 標準機械ユニット図面販売
bar
Google
機械設計講座:機械設計者のための覚え書き
ニュートンさんは偉かった
0. 概要
ニュートンの3大法則
1.慣性の法則
2.力の法則(F=m・α)
3.作用・反作用の法則
1.0 解説

機械設計をやっていると、力とか仕事ということを意識しないわけにはいきません。
ところで、力って何なんでしょうか?
その前にニュートンの3大法則というのがありますが、覚えていらっしゃいますか?
順番は違うかもしれませんが、上の概要に挙げた3つですね。
3番目はこの際おいておいて、1と2について説明しましょう。

(力が加わっていない)すべての物体は等速運動(慣性運動)をしている。
この物体の速度を変えるのに必要なものを 力 と呼び、単位時間あたりの速度の変化率を 加速度 という。」

なかなか、簡単な言葉にするのが難しいですね。

相対座標系(注1)では、座標系と同じ方向に、同じ速度で移動している物体の相対速度は0(ゼロ)ですよね。つまり静止しているようにみえる。
では、その静止物体を静止状態から、ある速度に変えるにはどうするか?力を加えれば良いというのは先の説明でおわかりですよね。
物体により同じ加速度を得るにも、必要とする力が違います。それはmが違うからですけど、mは質量と言うよりこの場合は慣性量とでも言うべきものですね。
簡単に言ってしまえば、

「質量の大きいものを動かすには大きな力が必要だし、軽くすれば小さな力ですむ」

または、

「同じ物体でも短時間に大きな速度にするには大きな力が必要だ」

とでも言い換えることが出来ましょう。

ここで注意しないといけないのは、速度を変えると言うことはベクトル量で考えないといけないと言うことです。
つまり、速度の方向が変わっていたら、物体には力もしくは加速度が加わっているということですね。

とここまでは、何を当たり前のことを書いているんだ?と言われそうですが、こういうことが理解できていない設計者は多い様に思えます。
ある工作機械メーカーの社是(と言っていいのか?)はなんと「F=m・α」です。
学生だった頃、「何を当たり前のことを・・」と思っていたんですが、いざ設計をするようになると、この意味するところは深いと思うようになりました。

で、どういうところでこれが理解されていないことが見えるか?ですが、一番はっきりわかるのが「慣性モーメントって何ですか?」って質問ですね。定性的には説明が出来るのだけど、定量的に説明が出来ない。
そもそもなんで半径の2乗が効いてくるのか?の説明が出来る人は少ない様ですね。

先に質量は慣性量だと言いましたが、

「直線運動をする場合の慣性量は質量であり、回転運動をする場合の慣性量は慣性モーメントである」

とも言えます。ただし、直線運動も、回転運動の一種ですから全く別物と考えてはいけません。

ところで、あなたは、慣性モーメントをちゃんと説明できますか?
次回はその辺りを説明しようかなと思っています。何事も基本が大事ですからね。

しかし、ニュートンさんは偉いと思います。ニュートン力学の恩恵なしでは機械設計は出来ませんからね。

「同じリンゴが落ちるのを見ても、凡人は万有引力の法則に気づかないが、なぜニュートンさんは気づいたか?」

彼が天才だから、ってのもありますが、「リンゴは落ちる。しかし月は落ちない。両者の違いは何か?という風に考えていったのではないか?と思っています。
見逃しがちな日常のことでも、こういう風に考えていけば思わぬ発見があるのかもしれませんね。


注1:宇宙から見ると地球はすごいスピードで移動していますが、地球上の我々も同じスピードで動いていることになります。しかし、地球上に座標系を持ってくると、地球と同じ速度で移動している物体は地球に対しては相対速度は0(ゼロ)すなわち静止していることになります。
上に戻る

(20 May 1998)初出

[参考文献]:  社刊「   」(    著)
copyright(c) 2011-  orbit limited.

よろしければ、簡単なアンケートにご協力をお願いします。

[Home] [Back] [Next →]


Google

トップページへ戻る