ばね定数(ばねていすう、英: spring constant)とは、ばねに負荷を加えた時の荷重を、ばねの伸びで割った比例定数です。フックの法則に基づいています。
フックの法則は以下のように表現されます:
\( F = k \times x \)
ここで、Fは力、kはばね定数、xはばねの変位(伸び)です。
ばね定数を求めるための基本的な計算方法は次の通りです。
\( k = \frac{F}{x} \)
次の例で計算を行ってみましょう:ある材料に力を 100 N 加えたとき、伸びが 1.5 cm でした。このときのばね定数はどのように求めるのでしょうか?
まず、単位を統一します(1.5 cm = 0.015 m)。
ばね定数 k = 100 N / 0.015 m = 6666.67 N/m
複数のばねを直列または並列に接続する場合、全体のばね定数は以下のように求めます。
\( \frac{1}{k_{全}} = \frac{1}{k_{1}} + \frac{1}{k_{2}} \)
\( k_{全} = k_{1} + k_{2} \)
以下のグラフは、力と変位の関係を示しています。
ばねの特性を理解するために、以下の点に注意しましょう:
ばね定数の求め方について、基本から応用まで解説しました。これらの知識を活用して、様々な物理現象を理解していきましょう。
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