2018/05/06

【現役公務員の専門対策】初心者でもわかる『物理』の基礎!画像つきで徹底解説!Part1

 

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1年で公務員に一発合格した24才

周りの人みたいに真面目に就活できる気がしなくて公務員を志望。

公務員試験に関する情報を知ってるだけで難易度が一気に下がることを実感しました。

見て下さるみなさんが簡単に合格できるよう貴重な情報を拡散していきたいと思います。

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物理の基礎は土木の勉強を理解するための重要な知識です。

先輩!俺いきなりつまづいちゃって…わかりやすく教えてくれよな!

ネコ23歳

画像つきで解説してくれるから、ネコ君でも理解できると思うぞ!よく聞いておくようにな。

せんせい

先輩ぶってて申し訳ないですが、土木の勉強で必要な物理の基礎知識を簡単にまとめて画像つきで説明していきたいと思います。

多少数学の知識も混ざっています。

僕自身、今まで物理を勉強したことはありませんでした。

公務員試験で土木の問題を解くために物理をゼロから勉強して非常に大変な思いをしました

だからこそゼロからスタートする人の気持ちがわかります。

では説明していきますね。

【公務員の専門対策】構造力学を学ぶために必要な物理の基礎知識

公務員試験に出題される構造力学の問題を解くために必要な物理の知識はこれだけです。

・力のつり合い

・力の合成・分解

(・図形の重心)

物理の難しい問題を理解していなくても、この知識さえあれば構造力学の問題は解けます

一つひとつ説明していきますね。

【公務員の専門対策】力のつり合いとは?基本的に「タテ」「ヨコ」「回転」の3つ

物体を水平な床の上に置いてみます。そうしたら物体は静止して動かなくなりますよね。

公務員試験に必要な物理の基礎を教えます①!1

実はいま、2つの力がはたらいてつりあって(静止して)いるんですね。

[物体に働く重力] = [抗力(床からの垂直抗力)]

この2つ(同じ大きさ)がつりあっているんです。図で表すとこのようになります。

公務員試験に必要な物理の基礎を教えます①!2

簡単そうに見えても初めて見たら全然わかんないんですね。

次は水平な床に置いた物体を引っ張ってみます。

動かそうと思いっきり引っ張っても動かない場合、この物体には水平方向に摩擦力がはたらきます。

公務員試験に必要な物理の基礎を教えます①!3

つまり[摩擦力]=[引く力]となってつりあって(静止して)いるんです。

基本的に静止しているということは、上の図のように鉛直(タテ)方向水平(ヨコ)方向にはたらく力がつりあっているということなんですね。

物理ではそのほかにもうひとつ、曲げモーメントと呼ばれる物体を回転させる力も考えなければいけないんですね。

タテとヨコのつりあいは教科書見ただけでわかったんだよ。曲げモーメントってやつがよくわからねえ。

ネコ23歳

先輩が教えてくれるってさ。よかったなネコ君。

せんせい

【公務員の専門対策】曲げモーメントってなに?

まずモーメントとは「ある点を中心に回転させようとする力」の事です。

物体を曲げる方向に作用するモーメントの事なんです。

大きさは「力」×「距離」で求められます。

簡単に説明すると、モノが曲がるときに働く力といった感じでしょうか?

物理という科目はイメージがものすごく大事なんですね!

なので難しい話は置いておいて、イメージで覚えていきましょう!

(独学で勉強した僕の勝手なイメージですが…)

公務員試験に必要な物理の基礎を教えます①!4

ノートの端っこを持って水平にしてください。

そしたらノートはくにゃっとまがりますよね!

物理の問題で出てくるのは、これの壁にささった棒(板)バージョンです。

こんな感じで奥までさしたとするとそのうち手を放しても静止しますよね。

公務員試験に必要な物理の基礎を教えます①!5

ではこの棒(板)の先端に缶ジュースを置いてみます。

それでも静止したままだとします。

その場合、この画像にはどのような力がはたらいているのでしょうか?

(※棒自体の重さは考えないとします。)

公務員試験に必要な物理の基礎を教えます①!6

この時「A点」には鉛直方向のつりあいのほかに、曲げモーメントと呼ばれる力がはたらいてるんですね。

そして当然缶ジュースの重さもあるので力をすべて図示するとこのようになります。

公務員試験に必要な物理の基礎を教えます①!7

缶ジュースの重さで棒(板)が回転しようとしますよね?

ですがこの画像では力はつりあって(静止して)いるんです。

「缶ジュースが棒を回転させようとする力」と「曲げモーメントという力」がつりあっている。

そんなイメージですね。

もちろん「時計回り」と「反時計回り」の力の大きさが等しいため静止するんですね。

【公務員の専門対策】曲げモーメントの大きさってどうやって求めるの?

先ほども簡単に説明しましたが曲げモーメントの大きさは、

「力」×「距離」で求められるんですね。

先ほどの画像でA点に自分がいるとすると(この考え方が大事です。)

缶ジュースまでの距離が長ければ長いほど強い力がはたらくと思いませんか?

その通りなんです。距離が離れるほど曲げモーメントの大きさは大きくなるんです。

なので今回の場合も、A点での曲げモーメントの大きさは

「缶ジュースにはたらく重力」×「棒の長さ」で求めることができます。

次回は力の合成と分解から説明します。お疲れさまでした!

なんとなくイメージできたかな?ネコ君も。静止しているってことは、そこにはたらく力がすべてつりあっているという事なんだ。

せんせい

なんとなく理解できたよ。実際に教科書の問題をやってみるわ!

ネコ23歳

勉強シリーズ 第1弾 まずは物理の基礎から画像つきで教えます!part2に続く

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