同じばねで力を増やすと伸びはどう変わる？

このレッスンの役割

前のセクションでは、ばねばかりで力をN単位で測りました。ここでは、ばねに加える力を変えたとき、ばねの伸びがどのように変わるかという問いを立てます。

ゴールは、ばね全体の長さと伸びを区別し、一回の観察ではなく複数の測定から規則性を調べる必要を説明できることです。

知る・理解する

おもりをつるす前のばねの長さを自然長といいます。おもりをつるした後の「ばね全体の長さ」から自然長を引いたものが、ばねの伸びです。

ばねの伸び = おもりをつけたときの長さ − 自然長

同じばねに加える力を少しずつ大きくすると、一般に伸びも大きくなります。しかし、「大きくなる」だけでは規則性を説明できません。力が2倍なら伸びも2倍になるのか、3倍ならどうかを、複数の値で確かめます。

具体例で使う

自然長10 cmのばねにおもりをつるすと、全長14 cmになりました。伸びは14 − 10 = 4 cmです。

次に力を増やして全長18 cmになったなら、伸びは18 cmではなく、18 − 10 = 8 cmです。最初の伸び4 cmの2倍になっています。力も2倍だったなら、比例している可能性があります。

ただし、二つの値だけで決めつけず、0 N、1 N、2 N、3 Nのように段階的に測ります。ばねを替えず、力以外の条件をそろえることも必要です。

誤答を直して次の学びへつなげる

全長14 cmをそのまま「伸び14 cm」とするのは誤りです。もともとの10 cmまで伸びたわけではないので、自然長を引きます。

また、100 gのおもりを「100 N」と考えてはいけません。地球上では質量100 gのおもりに働く重力は約1 Nです。変える量は、質量ではなく、ばねを引く力としてNで整理します。

次は、自然長と伸びを正しく測り、力だけを変える実験を組み立てます。

自分で確かめよう

クイズと理解チェックは、アプリで挑戦できます。