まとめ
- おもりを何も吊り下げていない、ばね本来の何も力を加えていない状態の長さのこと。
- フックの法則（F=kx）における変位xを算出するための基準点（原点）となる。
- グラフ問題においては、荷重が0のときのばねの全長が自然長に該当する。
解説
ばねに荷重をかけたり圧縮したりすると形状が変化しますが、外力が一切作用していない定常状態の長さを「自然長」と定義します。物理学や力学の計算において、ばねの全長Lと自然長L0の差である「L – L0」が、公式で用いられる「伸び」や「縮み」として扱われます。
例えば、自然長が15cmのばねに特定の荷重をかけた際に全長が18cmになった場合、比例関係にあるのは全長ではなく、自然長からの増加分である3cmの方です。弾性エネルギーの公式（U = 1/2 kx^2）においても、変位xは自然長を0として測定されるため、問題を解く際にはまずこの基準値を正確に把握することが不可欠です。
ばねを物理的に切断した場合、その自然長も切断した比率に応じて変化します。例えば、自然長20cmのばねを半分に切ると、それぞれのばねの自然長は10cmとなります。また、ばねを強く引きすぎて「弾性限界」を超えてしまうと、荷重を取り除いても元の自然長に戻らなくなる塑性変形が起こるため、実験や設計の際には注意が必要です。
ばねにおもりを何もつるしていないときの、ばねそのものの長さを「自然長」といいます。理科の実験でばねがどれくらいのびたかを調べるときは、この「もともとの長さ」を基準にして考えます。
たとえば、もともとの長さが15cmのばねにおもりをつるして、全体の長さが20cmになったとします。このとき、ばねがのびた長さは「20cm － 15cm ＝ 5cm」となります。おもりの重さと「のびた長さ」は比例するという決まりがあるため、計算するときは全体の長さから自然長を引いて、のびた分だけを見つけることが大切です。
ばねを半分に切ると、もともとの長さ（自然長）も半分になります。半分になったばねは、もとのばねよりも少しだけ「かたく」なり、のびにくくなるという不思議な性質を持っています。
記事の内容に誤りがありますか？
⚠️ 修正を提案する