まとめ
- 反対向きの2つの力が同じ大きさで働き、ばねが伸びた状態で静止している現象を指します。
- おもりを引く地球の重力と、ばねが元に戻ろうとする弾性力が等しくなっている状態です。
- 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」が基本となります。
解説
物体が静止しているとき、その物体に働く力の合計（合力）はゼロになっています。ばねにおもりを吊るした場合、おもりには下向きの「重力」と、伸びたばねが元に戻ろうとしておもりを上へ引く「弾性力」が働いています。これら2つの力が同じ大きさで一直線上に反対向きに働くことで、おもりは静止します。これがばねのつり合いの基本構造です。
複数のばねを組み合わせる場合、力の加わり方が変化します。ばねを縦につなぐ「直列つなぎ」では、それぞれのばねに同じ大きさの力がかかるため、全体の伸びは各ばねの伸びの合計となり、本数に比例して増大します。一方、横に並べて支える「並列つなぎ」では、おもりの重さが各ばねに分散されるため、1本当たりの負担が減り、全体の伸びは本数に反比例して減少します。例えば、120gのおもりを並列2本と直列1本のばねで支える構成では、並列部分の各ばねには60gずつ、直列部分のばねには120gの力がかかります。
ばねにおもりをつるすと、あるところでピタッと止まりますね。これは、おもりを下に引っぱる「地球の重力」と、のびたばねが元にもどろうとしておもりを上に引っぱる「弾性力」という力が、ちょうど同じ強さで引っぱり合っているからです。この状態を「ばねのつり合い」と呼びます。
ばねには、おもりが重くなればなるほど、のびる長さも長くなるという決まりがあります。これを「フックの法則」といいます。例えば、10gのおもりで1cmのびるばねなら、20gのおもりをつるすと2cmのびることになります。このように、重さとのびが比例する関係にあるのがポイントです。
ばねを2本使うときは、つなぎ方でのび方が変わります。たてに2本つなぐ「直列つなぎ」では、それぞれのばねに重さがそのままかかるので、1本のときよりも大きくのびます。反対に、横に2本ならべておもりをささえる「並列つなぎ」では、重さを2本で分担するので、1本のときよりも少ししかのびません。120gのおもりを2本のばねでならべて持つと、1本あたりには60g分の重さしかかからない、ということですね。
身の回りにある「体重計」や「はかり」の中には、ばねが入っているものがあります。おもり（人の体重など）によってばねがどれくらいのびたかを調べることで、重さを数字にして教えてくれているのです。ばねの「のびる力」は、私たちの生活を支える大切な仕組みなんですよ。
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