まとめ
- ばねの長さと、荷重を加えた際の「のび」の大きさの間に成り立つ比例関係のことです。
- 同じ材質のばねであれば、ばねの長さが短いほど、同じ力で引いたときの「のび」は小さくなります。
- ばねを直列や並列につないだり、切断したりした際の弾性係数の変化を理解する上で重要な概念です。
解説
ばねの「のび」は、加える力の大きさに比例するという「フックの法則」が基本となります。しかし、同じ種類のばねであっても、その長さ（自然長）が変わると、同じ重りをつるしたときの「のび」の量も変化します。
例えば、長さ20cmのばねAを半分に切って10cmのばねBを作ったとします。このとき、ばねBはばねAに比べて「硬く」なります。具体的には、同じ10gのおもりを吊るした場合、ばねBののびはばねAののびのちょうど半分になります。これは、ばねを構成する金属の巻き数が減ることで、一つひとつの輪にかかる負担が分散されにくくなるためです。
このように、ばねの長さとのびの関係は「反比例」の形をとります。ばねの長さが2倍になれば、同じ力でのびる量も2倍になり、長さが半分になれば、のびる量も半分になります。計算問題では、まず「1gあたり何cmのびるか」という基準を求め、そこにばねの長さの比率を掛け合わせることで、複雑な構成のばねの動きを予測することができます。
ばねにおもりをつるすと、びよーんと伸びますよね。この「のびる長さ」と「ばねの長さ」には、とてもおもしろい関係があります。
たとえば、長いばねを半分に切って短くしたとします。すると、その短いばねは、切る前よりも「かたく」なって、のびにくくなるのです。同じ重さのおもりをつるしても、長さが半分のばねは、のびる長さも半分になります。
理科のテストでは、ばねの長さがかわったときに、どれくらい形がかわるかを計算する問題がよく出ます。「もともとの長さ（自然長）」と「のびた長さ」をわけて考えるのが、まちがえないためのコツですよ。
ばねを半分に切ると強くなるなんて、なんだか不思議ですよね。これは、ばねのグルグルまいている部分が少なくなることで、一か所にかかる力が大きくなるからなんです。身の回りにあるボールペンの中の小さなばねも、もし短く切ったら、もっと指の力が必要になるかもしれませんね！
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