弾性力

一般小学生

まとめ

弾性
ばねゴムなどの物体が外力によって変形した際に、もとの状態に戻ろうとして生じる力

解説

弾性力は、物体の変形の大きさに比例して大きくなる性質を持ち、この関係は「フックの法則」として知られています。ばねの伸びや縮みを x、ばねの強さを表すばね定数を k とすると、弾性力の大きさ F は F = kx という式で表されます。この力は常に自然長(変形していない状態)に戻ろうとする向きに働くため、復元力とも呼ばれます。

物体には弾性力が働く限界があり、これを「弾性限界」と呼びます。この限界を超えて力を加えると、外力を取り除いても物体はもとの形に戻らなくなります。このような性質を「塑性」と呼び、物理学や工学において弾性と対比して扱われます。

比較項目 弾性(だんせい) 塑性(そせい)
形状の変化 力を除くと元の形に戻る 力を除いても変形が残る
主な具体例 ばね、ゴム、弓、ボール 粘土金属加工、鉛
コラム

弾性力は物理学において「保存力」に分類され、変形によってエネルギー蓄えることができます。これを弾性エネルギー(U = 1/2 kx²)と呼びます。実戦的な問題では、複数のばねの組み合わせが頻出します。例えば、棒の両端をばねで支え、1:3 の位置におもりを置いた場合、左右のばねにかかる力の比は距離逆比である 3:1 になります。

また、吊り下げられたおもりが床に設置した際、台ばかりの数値はおもりの重さから弾性力(ばねが引き上げる力)を差し引いた値を示します。箱の中に隠されたばねの接続点を動かす際、手が受ける力の向きは常に「ばねが自然長に戻ろうとする方向」であることを意識するのが解法のポイントです。

小学生のみなさんへ

ばねをひっぱったり、おしつぶしたりしたときに、もとの形にもどろうとする力のことを「だんせいりょく」というよ。ゴムをのばしたときに、指がひっぱられるのもこの力だね。この力は、ばねをのばせばのばすほど、どんどん強くなっていくというとくちょうがあるんだよ。

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