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【いろいろな力】(ばねの力) 弾性力とフックの法則とは?

  • まずはザックリ理解したい
  • イメージを優先したい
  • 苦手を克服したい

このような方向けに解説をしていきます。

【今回わかること】

  • 弾性力の向きと大きさ
  • フックの法則とはなにか

力についての基本事項をまだ確認してない方は、先に確認しておいてください。

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弾性力とは『ばねが元に戻ろうとするチカラ』

まこと
弾性力とは『ばねが元の形に戻ろうとする力』とイメージしましょう!

 

弾性力の向き

周りにばねがあれば、縮めたり伸ばしたりしてみてください。

無ければ想像でも大丈夫です。

 

  1. ばねを伸ばして手を離したら、ばねはどうなりますか?
  2. ばねを縮めて手を離したら、ばねはどうなりますか?

 

  1. ばねは縮んでもとの長さに戻った
  2. ばねは伸びてもとの長さに戻った

つまり、「向き」について次のようなことが分かります。

  1. ばねが伸びているときは、縮む向きに力が働く
  2. ばねが縮んでいるときは、伸びる向きに力が働く

①②のどちらにも当てはまるコトバで言い換えると、ばねが元の長さに戻ろうとする向きということになります。

向きについては、深く考えずに直感的に考えて大丈夫です。

 

 

弾性力の大きさとフックの法則

ばねは伸びれば伸びるほど、戻ろうとする力が強くなっていく

縮むときも同じですが、ここでは伸びるときを例にイメージしていきましょう。

 

まず、1つ用語を覚えましょう。

ばねの元の長さのことを『自然長』と呼ぶ

問題文の中でよく出てくる言葉なので、必ず覚えておきましょう。

「自然」の「長」さで『自然長』なので、漢字からイメージできるようにしておけばシンプルです!

 

上の図では、

  • 何もしていない元の長さの状態
  • 引っ張って、少しばねを伸ばした状態
  • さらに強く引っ張って、さらに伸ばした状態

という3種類を用意しました。

ここで注目してもらいたいのは、ばねが伸びれば伸びるほど、弾性力も大きくなるという点です。

小難しい言葉を使うと、弾性力はばねの伸びに比例すると言い換えられます。

この関係のことを『フックの法則』と言います。

中学理科などで、〇〇の法則と言われると「うっ・・・」と引いてしまうこともあったかもしれませんが、実際の意味はいたってシンプルです。

言葉やイメージだけでは式を作ることはできないので、文字でどう書くのかも整理しておきます。

  • ばねが自然長から伸びた(もしくは縮んだ)長さ「x」
  • ばね定数(比例定数)を「k」

この2つ文字を使って、弾性力の大きさは『kx』で表します。

ここで謎のコトバ「ばね定数」について説明しておきます。

ばね定数」というものは、『ばねの硬さ』というイメージを持っておくと良いです。

  • ばね定数が大きいばねは硬いばね
  • ばね定数が小さいばねは柔らかいばね
まこと
苦手を克服するためには、ばね定数の細かい意味よりも大まかなイメージを優先!

 

弾性力の簡単な問題、動画での解説も見てみたいという方は、こちらで確認してみてください。

 

力学で覚えるほかの力も「向き」と「大きさ」を覚えておきましょう。

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