今回から計3回の授業で ばねにはたらく力 について学習していきましょう。第1回のテーマは フックの法則 です。中学校の理科で学習した フックの法則 をみなさんは覚えていますか？

ばねの左端を壁にくっつけ、ばねの右側におもりを取り付ける状態をイメージしてください。伸びてもいない、縮んでもいない自然な状態のばねの長さは 自然長 と言いましたね。このばねの自然長から、x[m]右側におもりを引っ張るときを考えます。

このとき、ばねが物体に及ぼす力はどちら向きになるかわかりますか？ ばねは右側に引っ張られているので、自然長に戻ろうとしますね。上図のばねの例では、 自然長に戻る方向 、つまりおもりに対して左向きの力がはたらくのです。このようにばねが物体に向かって及ぼす力を 弾性力 と言います。

それでは逆にばねを伸ばさず、自然長からx[m]左側に縮めた場合はどうなるでしょうか。

このときも、ばねは自然長に戻ろうとしますね。おもりに対して右向きの力がはたらくのです。

弾性力は、ばねが自然長に戻ろうとするときに発生する力 なのです。覚えにくい人は「自然に帰れ！」と覚えましょう。

では、ばねの伸びまたは縮みがx[m]のばねには、いったいどれだけの弾性力がはたらくのでしょうか。おもりにはたらく弾性力をF[N]とするとき、実は 弾性力Fは伸びや縮みの大きさx[m]に比例 します。

kはばね定数 と呼ばれるもので、ばねごとに定まった値になる 比例定数 です。 ばね定数の単位 は、F[N]÷x[m]より [N/m] と表されます。ばねの力が伸びや縮みに比例するという法則は、発見した17世紀の物理学者フックにちなんで フックの法則 と名付けられています。

弾性力の向き は ばねが自然長に戻る方向 であること、また、 弾性力の大きさ は フックの法則F=kx を用いて求めることをしっかりおさえましょう。