保存力ってなに?わかりやすく解説

この記事では力学の分野で学ぶ「保存力」の基礎知識について解説していきます。

保存力は教科書の中でもちょっとしか触れられていないことが多く盲点になりやすいのですが、力学的エネルギー保存則を扱う上で、しっかりと性質を理解していないといけません。保存力の理解が曖昧だと、記述問題などで減点される原因になったりします。

  • これから物理を学ぶ高校生
  • 物理を得点源にしたい受験生

に向けて、できるだけ噛み砕いてわかりやすく解説していきますので、ぜひ最後まで楽しんで学んでいきましょう!

保存力ってどんな力?

保存力とは一体なんでしょうか?保存力の定義はこちらです。

保存力とは
保存力とは位置エネルギーを定義できる力のこと。保存力がする仕事は物体の移動経路によらず常に一定になるという性質を持つ。

保存力は位置エネルギーを定義できる力です。位置エネルギーについては位置エネルギーの解説記事に詳しくまとめてあるのですが、保存力の最も大切な性質が「保存力がする仕事は物体の移動経路によらず常に一定になる」ということです。

具体的例を交えながら解説していきます。

ビルから物体を下ろす時

例えばビルの3階にある物体を

  1. 窓から落とす
  2. 階段で下ろす
  3. エレベーターで下ろす

3つのパターンで下ろした場合、重力が物体にする仕事はそれぞれで変化するでしょうか?空気抵抗は無視できるとします。

答えは「重力が物体にする仕事は常に一定」になります。

ビルの3階の窓から物体を落としても、階段を降りて物体を降ろしても、エレベーターを使って降ろしても、重力は3階の高さ分の仕事しかせず、ルートに関係なく常に一定になります。

仕事が一定になるのは重力が保存力であるためです。実際に式で証明することもできます。詳しくは仕事の解説記事の演習問題を参考にしてみてください。

保存力には様々な種類がありますが、高校物理の分野では大きく分けて重力、弾性力、静電気力、万有引力の4種類を扱います。つまり上記の4つの力以外が物体に働いているときは仕事は一定にならないということです。

保存力の重要な性質:力学的エネルギー保存則が成り立つ

保存力はもう1つ「保存力だけが仕事をする時に力学的エネルギーが保存される」という重要な性質を持っています。

詳しくは力学的エネルギー保存の法則の記事を参考にしてみて下さい。

【合わせて読みたい】
力学的エネルギー保存則ってなに?わかりやすく解説してみた

非保存力

保存力以外の力を非保存力と呼びます。摩擦力や空気抵抗は非保存力です。

非保存力は保存力の反対に「物体の移動経路によって仕事が変わる」という性質を持っています。

例えば同じ目的地に車で向かう場合でも、移動距離が短いルートと長いルートでは長いルートほどタイヤが多くすり減りますよね。距離を走れば走るだけ摩擦力がタイヤにする仕事が多くなるので、すり減り具合が大きくなるのは直感的にイメージできると思います。

  • 力学的エネルギー保存の法則
  • 仕事

上記の2種類の問題を解く場合は「仕事をするのが保存力なのか非保存力なのか」を考えるのが大切です。

力学的エネルギー保存の法則と仕事については以下の記事を参考に。

【合わせて読みたい】

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まとめ

保存力は力学的エネルギー保存則の中でも重要な概念ですが、逆に他の単元に絡んでくることはあまりありません。

しっかりと理解できるまで繰り返し記事を読み込んでください。読み込んで理解できたら、知識を定着させるために問題集などで例題も解いてみましょう。

では、最後まで読んでいただきありがとうございました!


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【力学についてもっと詳しく学ぶ】
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