執筆: 山野 健太 / 公開: 2026年8月27日 / 更新: 2026年10月4日
ドアを開けるとき、ノブの位置について考えたことはあるでしょうか。ドアノブは必ず、ちょうつがい(回転軸)からいちばん遠い端に付いています。試しにちょうつがいのすぐ近くを押してドアを開けようとすると、驚くほど重い。この差の正体が、今回のテーマ「力のモーメント」です。
物体を回転させるはたらきの大きさを、力のモーメントと呼びます。その大きさは、
モーメント = 力の大きさ × 支点(回転軸)から力までの距離
で決まります。ここで大事なのは、力そのものではなく「力と距離の掛け算」で決まるという点です。力が半分でも、距離が2倍なら、回すはたらきは同じです。
ドアノブが端にあるのは、この距離をできるだけ長くとるためです。回転軸から遠いほど、小さな力で同じモーメントを生み出せます。逆に、ちょうつがいの近くを押すと距離が短いため、同じモーメントを出すのに何倍もの力が必要になります。
固く締まったボルトを回すとき、柄の根元ではなく端を握ります。柄が長いスパナほど楽に回せるのは、力を加える位置を回転軸(ボルト)から遠ざけて、距離を稼いでいるからです。工具売り場に長さの違うレンチが並んでいるのは、必要なモーメントの違いに対応するためです。
水道のハンドルが軸から張り出した形をしているのも、ペダルがクランクの先に付いているのも、すべて「軸から離れた位置で力を加えて、大きな回転のはたらきを得る」設計です。
てこの原理で学ぶ「支点から遠いほど小さな力で済む」という性質は、実はモーメントの考え方そのものです。てこがつり合うのは、支点の左回りのモーメントと右回りのモーメントが等しいとき。「おもりの重さ × 支点からの距離」が左右で等しければ、シーソーは水平を保ちます。小学校で学ぶ「てこのきまり」を一般化した言葉が、モーメントだと考えてください。
物体が傾いて倒れる現象は、接地している縁を回転軸とした回転運動です。重力が物体の重心を下へ引き、その重心の位置が接地面の真上から外れると、重力が物体を回転させるモーメントを生みます。これが「倒れる」の正体です。
背の高い物体ほど、また重心が高い物体ほど、少しの傾きで重心が接地面の外に出やすいため、小さなきっかけで倒れるモーメントが生まれます。積み木の塔が高くなるほど不安定になるのは、感覚ではなく、モーメントの必然なのです。
モーメントの大きさは、力と距離を掛けるだけで求められます。単位はニュートンメートル(N・m)です。
モーメント[N・m]= 力[N] × 支点から力までの距離[m]
距離は、支点から「力がはたらく線までの、まっすぐな距離」で測ります。棒に対して斜めに引くと、この距離が短くなるぶんだけ効きが落ちます。
スパナ:柄の長さ 15 cm のところを 40 N(約 4 kg 分)で押すと、モーメントは 40 × 0.15 = 6 N・m。同じ 6 N・m を柄の長さ 30 cm のスパナで出すなら、必要な力は 20 N で済みます。長い柄が楽なのは、この割り算のぶんです。
自転車のペダル:クランクの長さを 17 cm とすると、体重 60 kg の人が立ちこぎで全体重をかけた瞬間のモーメントは 588 × 0.17 = 約 100 N・m になります。参考までに、自転車の各部のボルトの締めつけは 5〜10 N・m 程度、自動車のホイールナットは 100 N・m 前後が目安とされています。全体重をかけたペダルは、それと同じくらいの回す力を生んでいることになります。
つり合いの計算:支点の左 20 cm に 300 g をつるしたとき、右側で 200 g をどこにつるせばつり合うか。300 × 20 = 200 × □ なので、□ = 6000 ÷ 200 = 支点から 30 cm。軽いほうを遠くに置けば、つり合いは取り戻せます。
ドアが蝶番(ちょうつがい)から遠い端ほど軽く開くのも、押す位置を変えると距離が変わるからです。ノブの隣を押して開けようとすると、同じ力でもほとんど動きません。
物を回転させるはたらきの大きさで、「力の大きさ × 支点からの距離」で表します。同じ力でも支点から遠い所に加えるほど、回転させるはたらきは大きくなります。
蝶番(支点)からいちばん遠い位置だからです。距離が大きいほどモーメントが大きくなるので、軽い力でドアを開けられます。蝶番の近くを押すと、とても重く感じます。
左右のモーメントが等しいこと、つまり「重さ × 支点からの距離」が左右で同じになることです。体重が2倍の人は、支点から半分の距離に座るとつり合います。