質点ってなに？わかりやすく解説

この記事では物理学の基礎知識である「質点」について解説していきます。

質点は物理の式を読み解く上で重要な基本概念なのですが、高校の教科書では以外と詳しい解説がされていない場合も多く、初めて学ぶ高校生にはややとっつきにくい概念です。

• 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解説しますので、最後までしっかり読んで理解しましょう！

力学で必修の概念「質点」

力学の分野で必須の概念である「質点」ですが、初めて聞いたという人も多いかもしれません。

質点の定義は以下の通りです。

質点は実際に存在する物体ではなく、力学を考える上で発明された概念です。どんな物体にも大きさはありますが、働く力が物体の回転に影響を与えない時、その物体を質点として扱います。

例えば図のような物体も、大きさが無視できるときは「重さが一点に集約される点＝重心」を質点として考えることができます。

大きさを無視する場合、重心を質点として扱う

高校物理の範囲で扱う等速直線運動や放物運動は、基本的に質点の運動として考えます。

なぜ質点が発明された？

質点が便利なのは「大きさを無視することができる」という点にあります。

例えば以下の画像のように、重さのある球体を坂に置いたとしましょう。このとき球体はどんな運動をするでしょうか？そう、転がりながら坂を降りますよね。

大きさのある物体は回転する

大きさを考慮しなければいけないとき、物体には必ず回転の作用が働きます。ですが回転の作用を式で計算しようとすると、考えるべき項目が増えてしまいますよね。

ましてや高校物理の範囲内でで物体の回転まで考えて問題を解こうとすると、難易度が上がってしまいます。

そこで使われるのが質点です。物体の大きさが無視できるのだとすれば回転の作用は起こりませんから、計算がラクになります。

例えば球体が坂を転がる場合も、質点として考えれば重心に全ての質量が集まった大きさの無視できる物体として考えることができるわけです。

大きさの無視できる質点は回転しない

惑星サイズの物体も質点で考えることができる

リンゴや積み木のような手に取れるサイズの物体だけでなく、惑星のような超巨大な物体も実は質点として考えることができます。どんな時に質点として考えることができるのかというと、惑星の公転運動を考える時です。

地球の自転を考えるとき、地球そのものが回転しているので大きさのある物体として考えなければなりません。

自転する地球には大きさがあると考える

ですが地球の公転を考えるときは地球の自転そのものは無視できるため、巨大な地球も質点として考えることができるというわけです。

公転する地球は質点として考えられる

まとめ

質点は大きさはないけど重さはある、仮想の物体であることは理解できたと思います。

高校物理の分野では、力のモーメントが関係しない限りは物体を質点として扱うので、しっかりと理解しておきましょう。