4 自然の長さが0.24mの軽いつる巻きばねの一端を天井に固定し, 他端に質量 2.0kgの おもりAをつるすと, ばねの長さが0.38mになった。 (1) このばねのばね定数kは何N/m か。 (2)このばねに質量 3.0kgのおもりBをつるすと, ばねの長さは何mになるか。 解答 (1) 1.4 x 102N/m (2)0.45m 色づきょく 指針 おもり A, B について, それぞれ重力と弾性力がつりあう。 弾性力はフックの法 則 「F=kx」 を用いるが, x はばねの全長ではなく, 伸び(全長−自然の長さ) であ ることに注意する。 解説 (1) おもりAをつるしたとき, A には弾性力 Fと重力 Wが はたらき,これらがつりあうので F-W=0 よってF=W ここでフックの法則 「F=kx」, 重力の式 「W=mg」 より k(0.38-0.24)=2.0×9.8 19.6 k= =1.4x102N/m 0.14 00000000 弾性力 F (2) おもりBをつるしたときについて, 力のつりあいの式を立て ると k(1-0.24)2=3.0×9.8 (1)の結果を代入すると 1.4×102×(1-0.24) = 3.0×9.8 よってl= 29.4 1.4x102 +0.24 ゆえに 1 = 0.45m 重力 W ← [1] ばねの伸びは全長 (0.38m)自然の長さ (0.24m) なので0.14mとなる。 ←[2] ばねの伸びは全長(1[m]) 自然の長さ (0.24m) なので (Z-0.24) [m] となる。