(1)吊るしたおもりの重さWに対するばねのたわみδを求める
表3-1 コイルばねのばね定数実験データ及び計算結果表
表3-1-1 電子天秤によるおもりの重さ測定結果 表3-1-2 緑色ばねの結果
表3-1-3 黄色ばねの結果 表3-1-4 赤色ばねの結果
(2)弾性力Fとたわみδの関係をグラフに記入し、プロットした3点と原点を直線でつなぐ
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3 コイルばねのばね定数測定実験
(3)グラフの直線の傾きから、ばねのばね定数を求める
緑色ばねのばね定数:k1= ―――――――――― = [N/m]
黄色ばねのばね定数:k2= ―――――――――― = [N/m]
赤色ばねのばね定数:k3= ―――――――――― = [N/m]
ばねを組み合わせて使う場合、大きく分けて並列と直列の 2種類の組み合わせ がある。これらを組み合わせたときのばね定数は、一つ一つのばねのばね定数が 分かっていれば、計算により求めることが出来る。
1.実験で用いた緑色と黄色のばねを組み合わせたときの、ばね定数を求めよ。
並列の場合 k= = [N/m]
直列の場合 k= ―――――――――― = [N/m]
2.組み合わせたばねのたわみと弾性力の関係を、グラフに表すとその 直線の傾きはどうなるだろうか?以下の文章の空欄に適当な記号を下 記の語群より選び、文章を完成させよ。
あるばねのたわみδと弾性力F をグラフに表したら、直線の傾きが
①のようになった。このばねと同じばね定数のばねを2個用いて、直 列と並列、それぞれの組み合わせで実験を行った。
直列につないだ場合、( )の直線の様になり、並列に組み合 わせた場合は( )のようになった。
つまり、直列にばねをつなぐとグラフの傾きは( )なり、並列 につなぐとグラフの傾きは( )なる。
【語群 A:① B:② C:③ D:大きく E:小さく】
課題2 考察
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3 コイルばねのばね定数測定実験
4 力の合成、分解
テーマ3で、
(1)力が物体に加わると、物体が変形したり、物体の運動速度が変化したりする
(2)力は目で見ることはできないが、物体の変形の度合いや運動の変化から、作用した力の大きさや方向を 知ることができる
(3)力の単位は [N](ニュートン)である
(4)1[N]とは、質量1[kg]の物体に1[m/s2]の加速度を与える力の大きさである など、力について学習したが、ここではもう少し詳しく力について調べてみる。
4.1 力の三要素
テーマ3で学んだように、物体に変形あるいは速度変化を生じ させる原因となるものが力の定義である。しかし、力を加える方 向や位置によっては、その場で回転するだけということもありう る。つまり、「力」を考える際には、その力の「大きさ(magni-tude)」だけでなく、「向き(sense)」「方向(direction)」も考慮 に入れる必要がある。
力を目に見えるように図示する場合、まず線分XXの作用線
(line of action)を引く。この線分の長さが力の大きさを示し、
力の方向はその線分の方向が示す。さらに線分の片方に矢印をつ ける。これが力の向きを表す。矢印と反対側の線分の根元Oを、
着力点あるいは作用点(point of application)といい、力が加わ っている点を示す。
力を完全に表すために必要な「大きさ」「向き・方向」「作用点」
を力の三要素(three elements of force)という。