4.2 「無視できる力」を見抜く眼 (判断) ～物理モデルと現実の狭間で～
「全部の力を考えなきゃダメ？」という悩み
第1章で力を見つけるコツを学んで、「よし、これで完璧！」と思ったかもしれない。でも、実際の物理の問題を見ると、「あれ？ この力は考えなくていいの？」と戸惑うことが出てくるよね。
そう、現実の世界では、物体には重力、接触による力（垂直抗力や押す力）、摩擦力、空気抵抗、時には浮力など、たくさんの力が同時に働いているのが普通だ。 でも、物理の問題では、計算を単純にしたり、特定の法則に注目したりするために、これらの力の一部を「無視できる (Negligible)」として扱わないことがよくあるんだ。
「じゃあ、いつ、どんな力を無視していいの？」 「勝手に無視して、答えが変わっちゃったりしないの？」
そんな不安を解消するために、このセクションでは、「無視できる力」をどうやって見抜けばいいのか、その判断基準 (Decision criteria) と考え方を学んでいこう！
無視できる力を見抜くための判断基準
どの力を無視してよいか判断するには、いくつかの基準があるよ。優先順位の高いものから見ていこう。
基準１：問題文の指示・仮定 (Assumption) は絶対！
これが最も重要で、絶対に従うべき基準だ！ 問題文に「○○は無視できるものとする」「なめらかな水平面」「軽い糸」「真空中では」のような言葉があったら、それは「この問題では、その力や性質の影響は考えなくていいですよ」という明確な指示なんだ。
- 「なめらかな～」とあれば → 摩擦力はゼロとして考える。
- 「軽い糸（棒、ばね）」とあれば → それらの質量（や重力、慣性）はゼロとして考える。（特に軽い糸なら、張力はどこでも同じになる！）
- 「空気抵抗は無視できる」とあれば → そのまま空気抵抗はゼロとして考える。
- 「真空中」とあれば → 空気抵抗も空気による浮力もゼロ。
なぜ問題文でわざわざ指示してくれるのかというと、問題の本質 (Essence)（例えば、運動方程式の基本的な使い方を問いたい、など）に集中させるためや、計算が不必要に複雑になるのを避けるためなんだ。
基準２：力の大きさを比較 (Comparison) する！ ～影響の小さい力は無視～
問題文に特別な指示がない場合でも、状況によっては無視できる力がある。それは、注目している物体に働く他の力と比べて、その力の大きさ (Magnitude) が無視できるほど小さい (Negligible) と考えられる場合だ。
- 物体間の万有引力： 机の上のリンゴと消しゴムの間にも万有引力は働いているけど、地球がリンゴを引く力（重力）と比べたら、もう比べ物にならないくらい小さい。だから普通は考えない。
- 空気の浮力： 私たちの体や身の回りのほとんどの物体は、空気から浮力を受けているけど、その大きさは重力に比べて非常に小さい。だから、風船や気球のような特別な場合を除いて、普通は無視する。
- 軽い（とされる）物体の質量： 問題によっては「軽い」と明記されていなくても、例えば天井から吊るされたおもりの問題で、おもりの質量に比べて糸の質量が明らかに小さいだろうと考えられる場合は、糸の重さを無視することが暗黙の了解になっていることもある。（ただし、最初は迷ったら先生に確認するのが一番！）
この判断は少し経験が必要だけど、「この力って、他の力に比べて影響あるのかな？」と疑問に思う視点が大切だよ。
基準３：状況設定 (Context / Situation) から判断する！
問題の舞台設定が、特定の力が働きにくい、あるいは影響が小さい状況を示唆している場合があるよ。
- 宇宙空間： 重力の影響が非常に小さい（無重力状態に近い）ことが多いし、空気もないから空気抵抗もない。
- 非常にゆっくりした動き： 空気抵抗は速いほど大きくなる傾向があるので、物がとてもゆっくり動いているなら、空気抵抗は無視できるかもしれない。
- ごく短時間の現象： 例えば、ボールが壁にぶつかって跳ね返る「瞬間」だけを考えるときなど、作用時間が非常に短ければ、その間に働く重力や空気抵抗の影響は無視できると考えることがある（これを「力積」という考え方で扱うこともあるよ）。
基準４：「その力は運動の本質に関わるか？」と自問する
これは少し高度な判断基準かもしれないけど、問題で何が問われているのか、その運動の本質 (Essence) は何かを考えることもヒントになる。
例えば、物体が斜面を「滑り出すかどうか」だけが問題なら、滑り出した後に働く「動摩擦力」のことは、ひとまず考えなくても、滑り出す直前の「最大静止摩擦力」と「重力の斜面成分」を比べれば判断できるよね。 もちろん、滑り出した後の加速度を求めたいなら、動摩擦力は無視できないけどね。
このように、問題の目的に合わせて、どの力が今重要なのかを見極める視点も大切なんだ。
判断力を養うための思考トレーニング
いくつか例を挙げて、「なぜこの力は無視できるのか？」を考えてみよう。
- 自由落下運動： 物体を静かに放して落下させるとき、普通は空気抵抗を無視して $a=g$ で計算するね。なぜ無視できることが多いのかな？
→ 多くの場合、落下時間が短かったり、物体の速度がそれほど大きくならなかったり、あるいは物体の重さに比べて空気抵抗の影響が小さいと考えられるからだね。（もし紙のような軽くて面積の大きいものなら無視できない！） - 糸で吊るした振り子： 振り子の運動を考えるとき、普通は糸の重さや空気抵抗を無視するね。
→ 糸の重さはおもりの重さに比べてずっと小さいことが多いし、空気抵抗も振り子の動きに本質的な影響（周期など）をあまり与えないシンプルな場合が多いからだ。 - 惑星の運動： 太陽の周りを惑星が回る運動を考えるとき、他の恒星からの引力や、惑星間の引力は通常無視されることが多いね。
→ 太陽の質量が圧倒的に大きく、太陽からの引力が支配的だからだ。他の力はそれに比べて非常に小さいと考えられる。
日常生活でも、「今、この物体にはどんな力が働いていて、どの力の影響が大きいかな？」と考えてみると、良いトレーニングになるよ！
まとめ：「無視」は物理を理解するためのテクニック！
物理で力を「無視」するのは、適当にやっているわけではなく、ちゃんと理由があるんだ。それは、複雑な現象の本質を捉え、問題を扱いやすくするための重要なテクニックなんだね。
- 最優先は、問題文の指示・仮定に従うこと！
- 次に、力の大きさを比べて、影響の小さいものを無視できないか考える。
- 状況設定から、働きにくい力、影響の小さい力がないか考える。
- 何が問われているか、運動の本質は何か、という視点も持つ。
最初は判断に迷うこともあると思うけど、たくさんの問題に触れて、なぜその力が無視されているのか（あるいは、されているはずなのか）を考える経験を積むことで、だんだんと「物理の目」が養われていくよ。 もし迷ったら、まずは基本的な力（重力、触れている相手からの力）は全部書き出してみて、そこから「これは無視できるかな？」と検討していくのが安全かもしれないね。
次のセクションでは、物理を学ぶ上で陥りやすい「間違い」や「誤解」について、特に力の考え方や感覚とのズレに注目して見ていくよ！