物理の力学において、作用・反作用の法則は非常に重要な役割を果たします。質問にあるように、力の矢印を描く際に、作用・反作用の法則が成り立つのは理解できますが、計算においてその影響をどのように扱うべきかについては混乱が生じがちです。本記事では、この法則の意味と計算への影響について解説し、作用・反作用の力が計算で無視される理由について明確に説明します。
1. 作用・反作用の法則とは？
ニュートンの第三法則（作用・反作用の法則）は、「すべての力は、互いに等しく反対方向の力を生じる」というものです。たとえば、物体が壁に力を加えると、壁も同じ大きさで逆方向の力を加えます。この法則は、物理学の基本的な原則であり、力の相互作用を理解する上で欠かせません。
この法則は、力の作用を理解するために必要不可欠ですが、計算においてどのように扱うべきかについては慎重に考える必要があります。
2. 作用・反作用の法則が計算に与える影響
作用・反作用の力は確かに常に存在しますが、物理の計算において直接的な影響を与えない理由は、これらの力が必ずペアで存在し、同じ大きさと逆方向であるためです。計算においては、これらの力は「外力」として作用するわけではなく、力のつり合いを取るための内部的な力として考えられます。
例えば、物体Aが物体Bに力を加えている場合、物体Bも物体Aに同じ力を加えますが、これらは物体Aと物体Bの間の相互作用であり、物体Aの運動に影響を与えるわけではありません。よって、物体Aに対する力学的計算を行う際には、物体Aと物体B間の作用反作用の力は無視されることになります。
3. 作用・反作用が無視される状況とは？
作用・反作用の力が計算で無視される主な理由は、問題の視点にあります。たとえば、物体Aの運動を考える際に、物体Aに働く力だけを考えればよいのです。物体Aが物体Bに力を加えても、物体Bの力は物体Aの運動には関係しません。
そのため、計算では物体Aに作用する外力を考え、物体Bが受ける反作用の力は含めないのが基本です。特に、物体単体の運動に焦点を当てる場合、反作用の力を計算に含める必要はありません。
4. 作用・反作用の力を考慮すべき場合
もちろん、作用・反作用の法則を考慮しなければならない場合もあります。たとえば、物体間の相互作用が重要な場合や、複数の物体が絡み合ったシステムを考える場合です。このような場合には、作用・反作用の力が他の物体に与える影響を計算に反映させる必要があります。
たとえば、車が道路を走る場合、車と地面の間に作用・反作用の力が働きます。この時、車の運動に影響を与えるのは、車に働く外的な力（エンジンの推進力、空気抵抗など）ですが、地面との相互作用を無視することはできません。したがって、複雑なシステムを扱う場合には、すべての力の相互作用を考慮することが必要です。
5. まとめ：作用・反作用の法則と力の計算
作用・反作用の法則は、物理学において非常に重要な法則であり、力の相互作用を理解するための基盤となります。ただし、計算においては、作用・反作用の力が相互に打ち消し合うため、物体の運動に直接影響を与えるわけではありません。
したがって、力学の計算では、通常、物体に直接働く外力を考慮し、反作用の力は無視されることが多いです。特に、物体単体の運動を考える場合には、作用・反作用の力を無視しても問題ありません。ただし、複数の物体が絡む場合など、全体の力のバランスを取る必要がある場合には、これらの力を考慮することが重要です。
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