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「ニュートンの第3法則」作用反作用の法則

「ニュートンの第3法則」作用反作用

スポーツバイオメカニクスを学ぶために必須の法則、それがニュートンの法則です。

 

~ニュートンの法則~
第1法則(慣性の法則)
どんな物体も、外から力が加わらない限り静止し続ける。もしくは等速直線運動を続ける。

 

第2法則(運動方程式)
物体に力が加わると、物体は加わった力に比例した加速度を持つ。またその加速度は物体の質量に反比例する。

 

第3法則(作用反作用の法則)
2つの物体の間に働く力は、大きさが同じになる。また、その力の方向は必ず逆方向になる。

 

ここでは、ニュートンの第3法則(作用反作用の法則)について、詳しく紹介していきます。


作用反作用の法則とは?

作用反作用の法則とは、上に説明している通り「2つの物体間に働く力は大きさが同じで、その向きは必ず真逆になる」ことです。

 

壁を手で押している場面を想像してみて下さい。この時、壁には力が伝わっていますが、それとは反対側、つまり手にも同じだけ、逆方向の力が伝わっています。

 

また、野球でバット振ってボールに当てると当然ボールは飛んでいきます。

 

これはボールに力がそれだけの伝わるからです。そしてその時、バットにも逆方向に同じだけの力が伝わっています。

 

 

このように、何かに力を作用させると、それと同じだけの力が反対方向に作用する、これが作用反作用の法則です。

 

ヒトが走れるのは、地面と足の間の作用反作用があるから

ヒトは走るときに、足で地面を押します。その時、作用反作用の法則で、押した分と同じだけの、逆向きの力が地面から身体に伝わります。

 

この時の反力は「地面反力」と呼ばれています。この地面反力を利用して、ヒトは体を前に進めているわけです。

 

しかし、実際ヒトは地面を斜め下に押しています。反作用は、作用した力と真逆に働きます。なので、ヒトに働く地面反力も斜め上方向になっています。

 

この時の、以下の図のように、ヒトにかかる地面反力を縦方向(鉛直方向)横方向(水平方向)に分けることができます。

 

※注:実際、図のように、地面を押して脚が伸び切ろうとしている局面では、ほとんど地面に力は加えられていません(既に加え終わっている)。便宜上の表現です。悪しからず。

 

ヒトを前に進めるためには、前への力が必要なことは言うまでもありません。

 

ニュートンの第2法則(運動方程式)で紹介したように、大きな力を加えるほど、物体は素早く加速します。

 

したがって、ヒトが素早く加速するためには、この水平方向に大きな力を加える能力が大事になるわけです。

 

参考動画(水平方向に力を伝え、加速力を高めるトレーニング:スレッド走)

 

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作用反作用の法則まとめ

・2つの物体の間に働く力は、大きさが同じになる。また、その力の方向は必ず逆方向になる。これがニュートンの第3法則(作用反作用の法則)

 

・ヒトは足で押すことによる地面からの反作用を利用して走っている。この時、水平方向に大きな力を伝えられるほど大きく加速できる。

 

 

次に読みたい!

・「ニュートンの第1法則」慣性の法則(スポーツバイオメカニクス)

 

・「ニュートンの第2法則」運動方程式

 

 

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