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フックの法則が読むだけでわかる!

このページではフックの法則とは何か。
そして力の大きさとばねの関係を詳しく解説します。
また、このページは【力と圧力④】の単元解説の4ページ目です。

 

ではではフックの法則の学習スタート☆

 


1. フックの法則

フックの法則の勉強を始めよう!

苦手な人も多いと思うけど、

一緒にがんばろう☆!


フックの法則」とはこのようなものなんだ!

 

フックの法則… 力の大きさとばねののびは比例するという法則

 

これだけじゃ、よくわからないよ。

確かにわかりにくいね!

ねこ吉。「比例」ってどういうことかわかるかな?

 

それはわかるよ。片方が2倍になると、もう片方が2倍になるやつだよね。
そうそう。いいね。

つまりフックの法則とは、力の大きさが2倍、3倍…となると、ばねののびも2倍、3倍…。となる。という法則

なんだ。そんなに難しくないよ。例を出しながら説明するね。

 


図1をみてみよう。天井からばねが吊るさっているよ。
このとき、ばねはまったく伸びていないから、ばねののびは0cmだね。
のび0cm

図2をみてみよう。

図1に質量100gのおもりを吊るしたよ。

ここで大切なのは、前のページで学習した、100gの質量は、1Nの力(重力)と考えられるということだね。

だから、ばねには1Nの力がはたらいているね。
図2をみると、このばねを1Nの力で引っ張ると、ばねののびは2cmとなっているね。
のび2cm

図3をみてみよう。
のび4cm
図2からさらに100gおもりを追加して、合計200g分のおもりを吊るしたよ。
質量が200gということは、力(重力は2N)だね。
つまり、ばねは2Nの力で引っ張られているね。

図3をみると、このばねを2Nの力で引っ張ると、ばねののびは4cmとなっているね。

のび4cm


図1~図3をまとめてみると、このようになるね。
ばね図1~図3
これを表にしてみよう。
 ばねののび表1
このようになるね。

ここで、力の大きさばねののびの関係に注目しよう。
ばねののびの表
力の大きさが2倍になると、ばねののびも2倍となっているね。これは比例の関係だね。
これがフックの法則なんだ。
ほうほう。なるほど。

表に空欄(くうらん)があるけど、フックの法則を利用すれば、すべてうめることができるんだ。
ばねののびの表2
このように、ならばねののびならばねののびという風に、比例の関係は続いているね。
ばねののびの表3
これがフックの法則だよ。
計算だけでばねののびを予想出来て便利だね☆
ほんとだね!

さて、ここで注意事項だよ。
1N何cmばねが伸びるかは、やってみないとわからないよ。
ばねの種類によって、
よくのびるばねや、
あまりのびないばねがあるんだ。

例① やわらかいばね(よくのびるばね)の場合
やわらかいばねの表
この例①のばねの場合は、1Nで、5cmばねがのびているね。
このやわらかいばねの場合も、フックの法則が成り立って、力の大きさが2倍の2Nになると、ばねののびも2倍10cmになっているね!

例② かたいばね(あまりのびないばね)の場合
かたいばねの表
この例②のばねの場合は、1Nで、0.5cmしかばねがのびないね。
このかたいばねの場合も、フックの法則が成り立って、力の大きさが2倍の2Nになると、ばねののびも2倍1.0cmになっているね!
1Nで何cmばねがのびるかは、ばねの種類によって違うんだね。
だけど、すべてのばねでフックの法則は成り立つんだね!

 

もうひとつ注意事項だよ。

テストでは、「ばねののび」ではなく、「ばねの長さ」という書き方で、ひっかけ問題がでることがあるよ。

 


少し説明するね。

例題③ ばねの長さ5cmのばねに、質量100gのおもりを吊るしたら、ばねの長さ7cmになった。

このばねに質量200gのおもりを吊るしたら、ばねの長さ何cmになるか。

答え 9cm

なんでかわかるかな?

問題をよく読んでみよう。ここでのポイントは、「ばねののびが5cm」ではなくて、

ばねの(もともとの)長さが5cm」というところだね。図で表すとこんな感じ。

ばねの長さ5cm

このばねに、質量100gのおもりを吊るしたんだね。

質量100gになおすと、1Nだね!1Nの力が加わると、ばねの長さ7cmになった。

ばねの長さ7cm

つまり、「最初の状態からばねは2cmのびているね!」ここがポイントなんだ!


そして、「質量200gのおもりを吊るすと、ばねの長さは何cmになるかだね。」質量200gになおすと2Nになるから、ばねは最初の状態から4cmのびるはずだよね。だから下のような図になるはず。

ばねの長さ9cm

つまり、ばねの長さは9cmになるということだね!
(もともとのばねが5cmで、4cmのびたから 5+4=9)


このように、テストでは「ばねののび」なのか「ばねの(全体の)長さ」なのか、いつも注意するようにするといいよ!

 


2. フックの法則とグラフ

フックの法則はグラフで出題されることもあるよ。このページで学んだばねののびの表を、グラフにするとどのようになるか確認しておこう。

例①

ばねののびの表2   ばねグラフ①


例②

やわらかいばねの表  ばねグラフ②


例③

かたいばねの表  ばねグラフ③


このような感じだね。

どれも比例のグラフだから、原点を通る直線のグラフになるね。そして、よくのびるばねほど傾きが大きくなるんだね。

 


お疲れ様。これでフックの法則の説明を終わるよ。応用問題も多いところだから、もっと勉強したい人は積極的に問題集にもチャレンジしてね。

ここで学んだ基本はどんな問題を解くのにも必要な考え方だから、また時間があるときに何回も読みにきてね!

 


次のページでは力の矢印のコツの紹介だよ!

続けて学習するには下のリンクを使ってね!

①力のはたらき

②いろいろな力の種類

③力の単位、力と質量の関係

④フックの法則←今ここ

⑤力の矢印の書き方←次ここ

⑥質量と重さの違い

⑦圧力とは何か、圧力の計算

⑧水圧

⑨浮力

⑩気圧

 


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