ばねの伸び

一般小学生

まとめ

ばねの伸び
ばねに力を加えた際、何も力を加えていない状態である自然長から増加した長さの変位量

解説

ばねの伸びは、弾性限界内において加えた力の大きさに正比例します。これは17世紀物理学者ロバート・フックによって発見された「フックの法則」として知られています。数式では F=kx と表され、Fは力(荷重)、kはばねの硬さを示すばね定数、xがばねの伸びを指します。

物理学的な解析において最も重要なのは、測定値が「ばね全体の長さ」なのか「ばねの伸び」なのかを峻別することです。グラフを作成する際、縦軸にばねの伸びをとれば原点を通る直線(正比例)となりますが、縦軸を全体の長さに設定した場合は、切片が自然長となる一次関数のグラフになります。

比較項目 ばねの伸び ばね全体の長さ
定義 自然長からの増加分 自然長と伸びの合計
力の大きさとの関係 正比例する 一次関数(切片あり)
グラフの起点 原点(0,0)から始まる 自然長の値から始まる
コラム

複数のばねを接続する場合、直列接続では全体の伸びは各ばねの伸びの和になりますが、並列接続では荷重が分散されるため全体の伸びは小さくなります。また、おもりを吊るす位置(支点からの距離)によって左右のばねにかかる力の比率が変化する問題や、浮力が働く状況でのばねの伸びの変化など、力のつり合いと組み合わせて出題されることが多いため、正確な作図能力が求められます。

小学生のみなさんへ

ばねを引っぱったときに、もとの長さから増えた分の長さのことを「ばねの伸び」といいます。重いものをぶら下げて大きな力を加えるほど、ばねは長く伸びます。力の大きさと伸びる長さが比例するというこのきまりを「フックの法則」と呼びます。テストでは、ばね全体の長さと、伸びた分の長さをまちがえないように注意しましょう。

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