弾性

弾性

出典: Wikipedia
一般小学生

まとめ

  • 物体に外部から力を加えて変形させたとき、その力を取り除くと元の形に戻ろうとする性質のことです。
  • この復元しようとする性質によって生じる力を「弾性力」と呼び、ばねの伸び力の大きさ比例する「フックの法則」の基礎となります。
  • 一定の限界(弾性限界)を超えて力を加えると、元の形に戻らなくなる「塑性(そせい)」という状態に移行します。
弾性力フックの法則弾性限界

解説

弾性とは、外力によってひずみが生じた物体が、その外力を除いた際に元の形状や体積に戻ろうとする物理的性質を指します。この復元しようとする性質によって生じる力を「弾性力」または「復元力」と呼びます。多くの固体物質は微小な変形の範囲内では弾性を示しますが、特にばねのような弾性体においては、ばねの伸び(縮み)と加えられた力の大きさが比例関係にあるという「フックの法則(F=kx)」が成り立ちます。

理科や物理の学習において、弾性は力学の基礎となる重要な概念です。ばねに加える力と伸びは比例関係にあり、例えばばねを半分に切ると自然長も伸びも半分になりますが、その比率は変わりません。ただし、ばねが強くなる(1cm伸ばすのに必要な力が大きくなる)ほど、荷重と伸びの関係を示すグラフの傾きは小さくなるという特徴があります。

コラム

物体に加える力が一定の限界を超えると、力を取り除いても元の形に戻らなくなります。この限界を「弾性限界」と呼び、限界を超えて永久に変形が残る性質を「塑性(そせい)」と呼んで区別します。また、ばねばかり台ばかりを組み合わせた際の合計値の変化や、標高の変化に伴う沸点の変化など、弾性や圧力に関連する現象は多岐にわたります。浮力や圧力も、液体の密度や深さ、大気重さと密接に関わっており、これらを総合的に理解することが物理学の深い理解につながります。

小学生のみなさんへ

「だんせい」とは、ゴムやばねのように、力を入れて形をかえても、手をはなすと元の形にもどろうとする性質せいしつのことです。このもどろうとする力のことを「だんせい力」といいます。

ばねにおもりをつるすと、おもりが重ければ重いほど、ばねは長くのびます。この「重さと、のびる長さが比例ひれ(片方が2倍、3倍になると、もう片方も2倍、3倍になること)する」という決まりは、理科の勉強でとても大切なポイントです。

ただし、あまりに強い力で引っぱりすぎると、ばねがのびきってしまって、元の形にもどらなくなることがあります。これを「だんせい限界げんかい」といいます。道具を使うときは、その道具がたえられる力の限界げんかいを知っておくことが大切ですね。

ルラスタコラム

世界で一番「だんせい」が強い物質ぶっしつは何だと思いますか?実は、ダイヤモンドも非常に強いだんせいを持っています。かたいイメージがあるダイヤモンドですが、ほんの少しだけ形がゆがんだとき、元にもどろうとする力はとても強いのです。

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