フックの法則(ばねの弾性力)
着眼点弾性力の大きさは自然長からの伸び(縮み)に比例する。x は「ばねの長さ」ではなく「自然長からのずれ」。
F=kx
k はばね定数(単位 \mathrm{N/m})。使う場面: ばねにおもりをつるす、ばねで押す・引く。
例題
1
ばね定数 50\ \mathrm{N/m} のばねを 0.20\ \mathrm{m} 伸ばすのに必要な力の大きさを求めよ。
解答
F=50\times0.20=10
10\ \mathrm{N}
10\ \mathrm{N}
2
ばねに質量 0.50\ \mathrm{kg} のおもりをつるすと 4.9\ \mathrm{cm} 伸びて静止した。ばね定数と、1.0\ \mathrm{kg} のおもりにかえたときの伸びを求めよ。g=9.8\ \mathrm{m/s^2} とする。
解答
つりあいより kx=mg。k\times0.049=0.50\times9.8 より k=\dfrac{4.9}{0.049}=100\ \mathrm{N/m}。
1.0\ \mathrm{kg} では x=\dfrac{9.8}{100}=0.098\ \mathrm{m}
1.0\times10^2\ \mathrm{N/m}、9.8\ \mathrm{cm}
1.0\ \mathrm{kg} では x=\dfrac{9.8}{100}=0.098\ \mathrm{m}
1.0\times10^2\ \mathrm{N/m}、9.8\ \mathrm{cm}
注意cm を m に直さずに k を出すミスが多い。4.9\ \mathrm{cm}=0.049\ \mathrm{m}。