フックの法則

フックの法則

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

  • ばねの変形(伸びや縮み)の大きさが、加えた力の大きさ比例するという物理法則です。
  • 公式「F=kx」で表され、グラフに描くと原点を通る直線(比例関係)になります。
  • 17世紀物理学者ロバート・フックによって提唱されました。
物理基礎弾性力ばね定数比例関係

解説

フックの法則とは、弾性体に力を加えたときに生じる変形の大きさが、その力の大きさに比例するという決まりのことです。主にばねの性質を説明する際に用いられます。

ばねにおもりを吊るすと、おもりが重ければ重いほど、ばねは長く伸びます。このとき、おもりの重さを2倍、3倍にすると、ばねの伸びる長さも2倍、3倍になります。この関係を数式で表したものが「F=kx」です。ここでFは弾性力の大きさ、xは自然長(何もしていないときの長さ)からの伸びまたは縮み、kはばねの硬さを表す「ばね定数」を指します。ばね定数が大きいほど、そのばねは硬くて伸びにくいことを意味します。

コラム

この法則は、どんなに強い力を加えても成立するわけではありません。ばねを強く引っ張りすぎると、手を離しても元の形に戻らなくなってしまいます。この限界の点を「弾性限界」と呼び、フックの法則が成り立つのはこの限界内の範囲に限られます。

実際の試験問題では、ばねの「全長」と「伸び」を混同しないよう注意が必要です。グラフから特定の荷重における伸びを読み取ったり、複数のばねを直列並列につないだ際の全体の伸びを計算したりする問題が頻出します。また、金属の燃焼による質量変化など、他の比例関係を扱う問題と組み合わせて出題されることもあります。

小学生のみなさんへ

ばねにおもりをつるすと、ばねはのびます。このとき、おもりの重さを2倍、3倍にすると、ばねののびる長さも2倍、3倍になります。このように、力の大きさとばねののびが比例ひれするという性質せいしつを「フックの法則ほうそく」といいます。

理科のテストでは、グラフからばねののびを計算する問題がよく出ます。ばね全体の長さではなく、「もともとの長さからどれだけのびたか」を正しく読み取ることが大切です。また、ばねを横にならべてつなぐか、たてにつなぐかによってものび方が変わるので、図をよく見て考えるようにしましょう。

ルラスタコラム

フックの法則を見つけたロバート・フックは、顕微鏡けんびきょうを使って小さな世界を観察するのも得意でした。彼はコルクを観察して、小さな部屋のような形を見つけ、それを「細胞さいぼう(セル)」と名付けた人でもあるんですよ。

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