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ばねばかり

一般小学生

まとめ

バネばかり
ばね弾性を利用し、物体にはたらく力の大きさ重さを測定する器具

解説

バネばかりは、弾性体であるばねに加わる力と、その変形量が比例関係にあるという「フックの法則」を測定原理としています。内部のばねが伸びる長さを、あらかじめ調整された目盛りで読み取ることで、物体にはたらく重力や引く力をニュートン(N)やグラム(g)といった単位で定量的に示すことが可能です。

実験においては、単なる重量測定だけでなく、摩擦力の測定や力の合成・分解、さらには「てこのつり合い」におけるモーメント計算など、物理現象を数値化するための基礎的なツールとして広く用いられます。特に、回転のつり合い(力×距離)の式を作成する際には、支点にかかる合計の力を算出したり、不均一な棒の重心位置を逆比を用いて特定したりする計算問題で重要な役割を果たします。

項目 バネばかり 上皿天秤
測定原理 ばねの伸び(弾性) 分銅との釣り合い
測定対象 力(重さ) 質量
場所による変化 重力により変化する 場所によらず一定
コラム

水中での測定において、バネばかりの指示値が空気中よりも減少するのは、物体に「浮力」がはたらくためです。アルキメデスの原理に基づき、浮力の大きさは物体が押し退けた液体の重さに等しくなります。

また、剛体のつり合いにおいては、棒の自重を考慮する必要があります。太さが一様でない棒の場合、バネばかりで支える位置と重りを吊るす位置の関係から、逆比を用いて重心の位置を逆算することが可能です。これは、支点まわりの力のモーメントがゼロになる条件を利用しています。

小学生のみなさんへ

ばねばかりは、ばねがのびる力を利用して、ものの重さや引っぱる力の大きさをはかる道具です。ばねには「力を加えれば加えるほど、決まった比例ひれの関係でのびていく」という性質があります。この性質を使えば、ばねがどれくらいのびたかを見るだけで、目盛りから正確な重さを知ることができるのです。

理科の実験では、てこのつり合いを調べるときによく使われます。例えば、ぼうを水平にたもつために必要な力をはかったり、水の中に入れたものの重さがどう変わるかを調べたりします。水の中では「浮力ふりょく」という上向きの力がはたらくため、ばねばかりの目盛りは空気中ではかるときよりも小さくなります。

ルラスタコラム

ばねばかりの目盛りによく書いてある「N(ニュートン)」という単位は、有名な科学者のアイザック・ニュートンさんの名前からつけられました。重さだけでなく、目に見えない「力」を数字であらわせるのが、ばねばかりのすごいところですね。

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