フックの法則は、バネを圧縮または伸張するために必要な復元力は、バネが変形した距離に比例するという法則です。
フックの法則の公式形式は
F =-k・Δx
ここで
F はばねの復元力です
k は「ばね定数」と呼ばれる比例定数です
Δx は変形によるばねの位置の変化です。
マイナス記号は、復元力が変形力の反対であることを示しています。スプリングは変形前の状態に戻ろうとします。バネを引き離すと、バネは引っ張る力に逆らって引き戻されます。ばねが圧縮されると、ばねは圧縮に逆らって引き戻されます。
フックの法則の例題 1
質問: バネ定数 20 N/m のバネを 25 cm 引っ張るのに必要な力は?
解決策:
ばねの k は 20 N/m です。
Δx は 25 cm です。
この単位はばね定数の単位と一致させる必要があるため、距離をメートルに変換します。
Δx =25 cm =0.25 m
これらの値をフックの法則式に当てはめます。ばねを引き離すのに必要な力を探しているので、マイナス記号は必要ありません。
F =k・Δx
F =20 N/m ⋅ 0.25 m
F =5 N
答え: このバネを 25 cm 引っ張るには 5 ニュートンの力が必要です。
フックの法則の例の問題 2
質問: バネを 10 cm 引き、500 N の力で所定の位置に保持します。バネのバネ定数は?
解決策:
位置の変化は10cmです。ばね定数の単位はメートルあたりのニュートンであるため、距離をメートルに変更する必要があります。
Δx =10cm =0.10m
F =k・Δx
両辺を Δx で割って k について解きます
F/Δx =k
力は 500 N なので、
500 N / 0.10 m =k
k =5000 N/m
答え: このバネのバネ定数は5000N/mです。
