てこの原理と支点・力点・作用点

てこは、棒をある点で支え、その棒に力を加えて物を動かす仕組みです。棒が回転する中心を支点、手などで力を加える場所を力点、動かしたい物に力がはたらく場所を作用点といいます。

同じ重さの物を動かす場合でも、支点から力点までの距離を長くすると、必要な力を小さくできます。長い棒を使うと重い物を動かしやすくなるのは、このてこの原理を利用しているためです。

支点とは

支点は、てこが回転するときの中心となる点です。棒の真ん中にあるとは限りません。道具のつなぎ目や、棒を下から支えている場所などを確認します。

力点とは

力点は、手などでてこに力を加える場所です。押す場所だけでなく、引く場所や握る場所も力点になります。

作用点とは

作用点は、てこの力が物体にはたらく場所です。物全体ではなく、てこが物を押す、持ち上げる、切る、挟む位置を確認します。

支点・力点・作用点の位置は道具によって異なります。それぞれの役割から判断しましょう。

支点・力点・作用点の見分け方

道具の名前だけで3つの点を覚えると、見慣れない図が出たときに判断できないことがあります。次の順番で道具の動きを確認しましょう。

1. 回転の中心を探す：動かない中心やつなぎ目が支点です。
2. 手で力を加える位置を探す：握る、押す、引く場所が力点です。
3. 物へ力が伝わる位置を探す：切る、挟む、持ち上げる場所が作用点です。

シーソーで3つの点を見分ける

シーソーでは、中央の回転する部分が支点です。人が下向きに力を加える場所が力点になり、反対側の人を持ち上げる場所が作用点になります。

どちら側の人に注目するかによって、力点と作用点は入れ替わります。問題文で「誰が力を加え、何を動かそうとしているか」を確認しましょう。

ハサミやペンチで見分ける

ハサミやペンチでは、つなぎ目が支点、手で握る持ち手が力点、物を切ったり挟んだりする部分が作用点です。

支点・力点・作用点の並び方と身近な道具

てこは、支点・力点・作用点のどれが中央にあるかによって、3つの並び方に分けられます。

表の位置関係は一方向の例です。左右を反対にした「作用点―支点―力点」なども、中央にある点が同じなら同じ種類として考えます。

栓抜きの3点

栓抜きでは、びんの口に接して回転の中心になる場所が支点です。手で持ち上げる柄が力点、王冠を持ち上げる部分が作用点になります。

ピンセットの3点

ピンセットでは、つながっている端が支点、指で押す部分が力点、物をつまむ先端が作用点です。

てこのつり合いを「力×距離」で考える

このページでは、棒が水平で、おもりによる力が上下方向にはたらく基本的なてこ問題を扱います。この条件では、支点を中心に棒を回そうとするはたらきを、力の大きさと支点からの距離で比べます。

支点から遠い場所ほど小さな力で動かせる

同じ物を動かす場合、支点から力点までの距離を長くすると、必要な力は小さくなります。反対に、力点が支点に近づくと、より大きな力が必要です。

小さい力で済む代わりに、動かす距離は長くなる

支点から遠い力点を動かすと、小さな力で物を動かせます。ただし、作用点を少し動かすために、力点側はそれより長い距離を動かさなければなりません。

摩擦などを考えない基本問題では、必要な力が小さくなる代わりに、力を加える側を長く動かす関係になっています。

基本の計算例

距離は棒の端ではなく支点から測る

計算に使う距離は、棒の端からではなく、必ず支点から力がはたらく位置までを測ります。

おもりが棒の端に付いていても、棒の全長をそのまま使えるとは限りません。支点が中央からずれている場合は、支点からおもりまでの部分だけを使います。

複数のおもりがあるてこの計算方法

左右に複数のおもりがある場合は、支点を中心に時計回りに回そうとするはたらきと、反時計回りに回そうとするはたらきに分けます。

それぞれのおもりについて「力×支点からの距離」を計算し、同じ向きに回そうとする値を合計します。

左右に複数のおもりがある例

同じ側に複数のおもりがある例

同じ側にあるおもりは、棒を同じ向きに回そうとします。そのため、それぞれの「力×距離」を足します。

てこの問題でよくある間違い

関連単元｜かっ車・輪軸・ふりこの要点

かっ車と輪軸も、力の大きさや距離に注目して考えます。ふりこでは、周期を変える条件を見分けます。詳しく確認したい単元を開いてください。

かっ車｜定かっ車と動かっ車の違いを見る

定かっ車は、主に力を加える向きを変えます。動かっ車は、荷物を複数のひもで支えることで、必要な力を小さくします。

必要な力の基本：
必要な力 ＝ 荷物全体の重さ ÷ 荷物を支えるひもの本数

定かっ車は力の向きを変え、動かっ車は複数のひもで荷物を支えます。

荷物や動かっ車を上向きに支えているひもを数えます。

複数のかっ車がある場合も、荷物側を支えるひもに注目します。

例：320gの荷物を4本のひもで均等に支える場合

320g ÷ 4 ＝ 80g分の力

必要な力が小さくなる代わりに、引くひもの長さは増えます。2本のひもで荷物を支える場合、荷物を1m上げるには、理想的にはひもを2m引きます。

動画では、定かっ車・動かっ車と輪軸の違いを図で確認できます。

ふりこ｜周期を決める条件を見る

ふりこが1往復する時間を周期といいます。基本問題では、周期を変える主な条件は、支点からおもりの中心までの長さです。

ふりこが長いほど周期は長く、短いほど周期は短くなります。

• 長さ：長いほど周期が長くなる
• おもりの重さ：周期には基本的に関係しない
• 振れ幅：小さい範囲では周期はほとんど変わらない

実験	ふりこの長さ	おもりの重さ	10往復の時間
A	25cm	50g	10秒
B	50cm	50g	14秒
C	50cm	100g	14秒

上の数値は、表の読み方を確認するための問題例です。AとBでは長さ、BとCでは重さだけを変えて比べます。

動画では、ふりこの長さ・重さ・周期の関係を確認できます。

てこの原理と関連単元のまとめ

てこの原理・支点・力点・作用点の確認クイズ