まとめ
- 複数のばねを組み合わせた回路において、個々のばねに加わる荷重に応じて生じる固有の伸び。
- 並列つなぎでは荷重がばねの数に反比例して分散されるため、1本あたりの伸びは単体時よりも小さくなる。
- 直列つなぎや複合回路の計算において、全体の変位を導き出すための最小単位となる数値。
解説
ばねの伸びは、加わる力の大きさに比例するという「フックの法則」に従います。複数のばねを組み合わせて使用する場合、それぞれのばねにどれだけの力が加わっているかを特定することが、全体の伸びを計算する第一歩となります。
「並列つなぎ」では、おもりの重さがそれぞれのばねに分担されます。例えば、同じ強さのばね2本を並列にして120gのおもりを吊るすと、1本当たりのばねにかかる力は60g分となり、伸びも1本で120gを吊るした時の半分に抑えられます。一方、「直列つなぎ」では、おもりの重さがすべてのばねに直接加わります。120gのおもりを直列に繋いだ2本のばねで支える場合、上側のばねも下側のばねも、それぞれ120g分の力で引き伸ばされます。
ばねをいくつか組み合わせて使うとき、それぞれのばねがどれくらいのびているかを表すのが「1本あたりののび」です。ばねのつなぎ方によって、こののび方は大きく変わります。
たとえば、2本のばねを横にならべておもりをつるす「並列つなぎ」では、おもりの重さを2本のばねで分け合います。120gのおもりを2本でささえると、1本あたりにかかる力は半分の60gになり、のびる長さも半分になります。これは、重い荷物を2人で持つと、1人あたりの力が軽くなるのと同じです。
反対に、ばねをたてにつなぐ「直列つなぎ」では、すべてのみばねに同じ重さがかかります。120gのおもりをつるせば、どのばねも120g分の力でのびることになります。このように、ばねがどうつながっているかを見て、1本ずつにどれだけの力が加わっているかを考えることが大切です。
ばねは、おもりをつるしたときだけでなく、横においた状態で引っぱったときも同じようにはたらきます。50gの力で引っぱれば、ばねには50g分の力がかかり、その分だけのびるのです。身の回りのばねがどう動くか、観察してみるとおもしろいですよ。
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