ばね定数
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概要[編集]
ばね定数はフックの法則に基づいて定義されている。記号はk、単位は主にN/mで表される。
数式[編集]
弾性力[編集]
弾性力とばね定数の関係式は以下の通り。
F=弾性力(N)
x=ばねの伸縮(m)
弾性エネルギー[編集]
弾性力による弾性エネルギー(位置エネルギー)の大きさとばね定数の関係式は以下の通り。
U=弾性エネルギー(J)
x=ばねの伸縮(m)
機械的コンプライアンス[編集]
ばね定数の逆数は、機械的コンプライアンスと呼ばれ、単位は主にm/Nで表される。 機械と電気回路の対応関係の視点では、機械的コンプライアンスは電気回路での静電容量にあたる。
接続されたばね定数の計算[編集]
直列接続[編集]
直列接続されたばね全体のばね定数は、各ばね定数の{(逆数の総和)の逆数}になる。
逆数の計算を簡略化した表記で、を利用すれば、
2つのばねを直列接続したもののばね定数はである。(//はパラレル(平行)と呼ぶ。)
例えば2N/mと3N/mのばねを直列接続したら1.2N/mとなる。
ばね定数で計算すると逆数が入ってしまうため、機械的コンプライアンスを使用して簡単化でき、直列接続されたばね全体の機械的コンプライアンスは、各機械的コンプライアンスの総和になる。
並列接続[編集]
並列接続されたばね全体のばね定数は、各ばね定数の総和になる。
2つのばねを並列接続したもののばね定数はである。
例えば2N/mと3N/mのばねを並列接続したら5N/mとなる。