張力や弾性力は作用反作用の力なのか？ニュートンの第三法則との関係をわかりやすく解説

物理を学んでいると、張力や弾性力について「これは作用反作用の力なのか？」という疑問が出てくることがあります。どちらも物体同士の接触やひも・ばねなどを通して働く力であるため、作用反作用の法則と混同しやすい分野です。

しかし、張力や弾性力そのものがすべて作用反作用の力というわけではありません。この記事では、張力・弾性力とは何か、作用反作用の力とは何か、そして両者がどのように関係しているのかを具体例を交えて解説します。

作用反作用の力とは何か

作用反作用の力とは、ニュートンの第三法則で説明される力の関係です。ある物体Aが物体Bに力を加えると、必ず同じ大きさで反対向きの力が物体Bから物体Aへ働くという法則です。

例えば、壁を手で押す場合を考えると、手は壁を押していますが、同時に壁も手を押し返しています。この「押す力」と「押し返される力」が作用反作用の関係です。

重要なのは、作用反作用の力は必ず「別々の物体」に働くという点です。片方の物体に働く2つの力がつり合っているという意味ではありません。

張力とは、ひもや糸、ロープなどが引っ張られているときに、そのひもの内部に生じる力です。例えば、天井からひもで物体を吊るした場合、ひもは物体を上向きに引っ張る力を加えます。この力が張力です。

物体側から見ると、ひもが物体を引っ張る力が張力になります。一方で、物体もひもを下向きに引っ張っています。この2つの力は作用反作用の関係になります。

つまり、「ひもが物体に及ぼす張力」と「物体がひもに及ぼす引っ張る力」は作用反作用ですが、張力という力そのものが作用反作用というわけではありません。

例えば、重さ10Nの物体をひもで静止状態で吊るしている場合を考えます。物体には下向きに重力10N、上向きにひもの張力10Nが働いています。

この2つの力は物体に対して反対方向に働いているため、一見すると作用反作用のように見えます。しかし、実際にはこの2つは作用反作用ではありません。

理由は、重力は地球が物体を引く力、張力はひもが物体を引く力であり、同じ物体（物体）に働いているからです。これは力のつり合いであり、作用反作用とは別の考え方です。

弾性力とは、ばねやゴムなどの弾性体が変形したとき、元の形に戻ろうとして生じる力です。ばねを伸ばすと、ばねは縮もうとする力を出します。この力が弾性力です。

例えば、ばねにつないだ物体を右方向へ引っ張ると、ばねは物体を左方向へ引き戻します。このとき、ばねが物体に加える力が弾性力です。

一方で、物体もばねを反対方向へ引っ張っています。この2つの力は作用反作用の関係になります。

ばねが物体を引く力と、物体がばねを引く力は作用反作用です。しかし、ばねが物体を引く力と、物体に働く別の力（例えば重力や摩擦力）は作用反作用ではありません。

例えば、机の上に置いたばね付きの物体を考えると、物体にはばねによる弾性力、机からの垂直抗力、重力など複数の力が働きます。これらはそれぞれ別の原因による力です。

物理の問題では、「どの物体がどの物体に力を加えているのか」を考えることで、作用反作用なのか、単なる力のつり合いなのかを判断できます。

作用反作用と力のつり合いは、どちらも同じ大きさで逆向きの力が登場するため混乱しやすいですが、見るポイントが違います。

種類	特徴
作用反作用	2つの異なる物体の間で働く力
力のつり合い	1つの物体に働く複数の力が打ち消し合う状態

例えば、机の上の本では「本が机を押す力」と「机が本を押す力」は作用反作用です。一方、「重力」と「机から受ける垂直抗力」は本に働く力のつり合いです。

張力や弾性力は、それ自体が作用反作用の力というわけではありません。張力や弾性力は、ひもやばねなどが物体に及ぼす力の種類を表す言葉です。

ただし、張力や弾性力が発生するときには、必ず相手側から同じ大きさで逆向きの力が返ってきます。その力との関係が作用反作用です。

物理の問題では「その力が何という種類の力なのか」と「その力の反作用はどの物体に働いているのか」を分けて考えることで、張力・弾性力・作用反作用の違いを正しく理解できます。