慣性力

止まっていたバスが，進行方向前向きの加速度運動をすると，乗客は後ろ向きに力がはたらいているように感じる．逆に，動いていたバスが止まろうとすると，乗客は前向きに力がはたらくように感じる．この見かけの力を慣性力という．

このように，慣性力は加速度と逆向きにはたらくので，物体の質量を m 〔kg〕 とし，加速度を a →  〔 m/s 2 〕 とすると、慣性力は，

　 −m a →

と表される．ただし，−符号は慣性力が加速度と逆向きにはたらくことを意味する．

下図のように，加速度 a →  〔 m/s 2 〕 で加速しながら直進しているバスがある．バス内の質量 m 1  〔kg〕 のつり輪は斜めの状態でつり合っている．この状態を，加速中の車内から観察する場合と，地上から観察する場合から説明する．

●加速中の車内から観察する場合（非慣性系）

加速中の車内の観察者から見ると，つり輪はひもの張力 T → と重力 m 1   g → と慣性力 − m 1   a → でつりあって静止しており，つりあいの式は

T → + m 1 g → +( −m   1 a → )=0

●地上から観察する場合（慣性系）

地上の観察者から見ると，質量 m 1  〔kg〕 のつり輪は，バスと同じ加速度で動いており，つり輪には進行方向にの合力 F → がはたらいている．この合力はひもの張力 T → と重力 m 1   g → の和であり，ニュートンの運動方程式は

m 1 a → = T → + m 1 g →

となる．

このように，非慣性系では運動方程式が成立していないため，つり合いの式を考える．一方，慣性系では運動方程式を考える．

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学生スタッフ作成

2017年3月17日