てこの計算機とは?
支点とは、てこが回転する際の固定された回転中心のことです。このてこの計算機はてこの原理を使って計算します。てこの原理とは、一方の側の回転させる働き(モーメント)と、もう一方の側のモーメントが等しいとき、てこが釣り合うという法則です。それぞれのモーメントは「力 × 支点からの距離」で表され、これが有名な式 \(\text{F1} \times \text{d1} = \text{F2} \times \text{d2}\) になります。これは普遍的な物理法則なので、シーソー、バール、一輪車、天秤、機械設計など、あらゆる場面に当てはまります。
使い方
まず、求めたい値(F1、d1、F2、d2 のいずれか)を選びます。次に、わかっている3つの値を入力し、未知の項目は空欄のままにします。計算機がてこの式を変形し、不足している量を計算します。あわせて、釣り合った状態での力と距離の全体像、そして得られるモーメントも表示されます。
計算式の解説
釣り合いの条件は \(\text{F1} \times \text{d1} = \text{F2} \times \text{d2}\) です。この式を変形すると、4通りの解が得られます。
$$\text{F2} = \frac{\text{F1} \times \text{d1}}{\text{d2}}, \quad \text{d2} = \frac{\text{F1} \times \text{d1}}{\text{F2}}, \quad \text{F1} = \frac{\text{F2} \times \text{d2}}{\text{d1}}, \quad \text{d1} = \frac{\text{F2} \times \text{d2}}{\text{F1}}$$— つまり、それぞれの未知数について式を整理して求めるだけです。力は同じ単位(N、kgf、lb など)で揃え、距離も同じ長さの単位で揃えれば、両辺で単位が打ち消し合うため、どの単位を使っても構いません。
計算例
たとえば、体重に相当する力が 10(単位)の子どもが、支点から 2 m の位置に座っているとします(\(\text{F1} = 10\)、\(\text{d1} = 2\))。もう一人の子どもが 4 m 離れた位置に座ります。シーソーを釣り合わせるには、どれだけの力が必要でしょうか。$$\text{F2} = \frac{10 \times 2}{4} = \frac{20}{4} = \mathbf{5}$$となります。支点から遠い位置にあるほど、小さな力で釣り合うのです。
よくある質問
どの単位を使えばいいですか? 2つの力を同じ単位で、2つの距離を同じ単位で揃えていれば、どの単位でも問題ありません。単位は両辺で打ち消し合います。
距離はどこから測ればいいですか? 必ず支点(回転中心)から、それぞれの力が作用する点までの垂直距離を測ってください。
モーメントの値は何を表していますか? モーメントは「力 × 距離」で、回転させる働きを表します。釣り合ったてこでは、両側のモーメントの値が等しくなり、その値が結果に表示されます。