力学中学理科で出てくる

力の単位 ニュートン(N) の意味|基本単位で表すと kg·ms2

N=kg·ms2
次元 [M L T⁻²]
検算のポイント

答えが力なら、右辺の単位は N(= kg·ms2) になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。

関連するミス例:向心力で v を2乗し忘れる、平行電流の力で「長さあたり」を忘れる、極板間の引力で 12 を落とす

このページでわかること
  • 力を言葉でどう言い表すか
  • その言葉を単位に置き換えると、なぜ N になるのか
  • N のいろいろな書き方と、その根拠になる公式

力とは? 言葉で意味をつかむ

力とは 物体の速さや向きを変える働き。質量と、生じる加速度の積で決まる。

言葉の式
力 = 物体の質量 × 生じる加速度

言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。

言葉何の量か単位
物体の質量質量kg
生じる加速度加速度ms2
[力] =kg×ms2
   =kg·ms2
   =N
ニュートン(N)は、この組み合わせ kg·ms2 に付けられた名前です。
1 kg の物体に 1ms2 の加速度を生じさせる力が 1 N。

基本単位までたどる

言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。速度 → 加速度 → 力 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。

速さは「進んだ距離 ÷ かかった時間」。m を s で割って ms です。

[v] =m÷s=ms

加速度は「1秒あたりに速さがどれだけ変わるか」。速さの ms をさらに s で割るので ms2 になります。

[a] =ms÷s=ms2
力 — 運動方程式 F=ma

運動方程式 F = ma で、質量 kg と加速度 ms2 をかけると kg·ms2。この組み合わせに N(ニュートン)という名前がついています。

[F] =kg×ms2=kg·ms2=N

N の別の書き方

同じ量でも、使う公式によって単位の見え方が変わります。どれも基本単位にすると一致します。

書き方根拠になる公式
N=Jm仕事の定義
W=Fx
N=W·sm仕事率と速さ
P=Fv
N=Pa·m2圧力の定義
p=FS
N=C·Vm電場から受ける力
F=qE
N=A·T·m電流が磁場から受ける力
F=IBl
N=m2·Paヤング率(フックの法則の一般形)
FS=EΔLL

力が出てくる公式

まとめ
  • 力とは、物体の速さや向きを変える働き。質量と、生じる加速度の積で決まる。
  • 言葉の式 力 = 物体の質量 × 生じる加速度 を単位に置き換えると kg·ms2。
  • 基本単位だけで書くと kg·ms2。

練習問題:分子と分母を見きわめる

問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。

問1力は「物体の質量 × 生じる加速度」で求められます。「物体の質量」[kg]、「生じる加速度」[ms2] のとき、力の単位はどれ?

答えと解説

正解:B kg·ms2

かける量(物体の質量・生じる加速度)の単位が分子、分母に来る単位はありません。まとめると kg·ms2 = kg·ms2 = N。

問2力積の定義 I=FΔt を使います。I 「力積」[N·s]、Δt 「時間」[s] のとき、力 F の単位はどれ?

答えと解説

正解:C N·ss

式を F について解くと F=IΔt。分子・分母にそれぞれの単位を入れると N·ss = N。

問3力 = 物体の質量 × 生じる加速度 です。「力」[N]、「生じる加速度」[ms2] のとき、「物体の質量」の単位はどれ?

答えと解説

正解:D Nms2

言葉の式を「物体の質量」について解き直すと「物体の質量 = 力 ÷ 生じる加速度」。単位を入れると Nms2 = N·s2m = kg。

次に読む:力を使って表される量