日常の物や道具に出くわすような春を単独でおもちゃにしたことがあるなら、たとえば、 「クリック可能な」ボールペンの下部–他のほとんどのペンとは一線を画す特定の一般的なプロパティがあることに気付いたかもしれません。 オブジェクト。
これらの1つは、ストレッチまたは圧縮した後、同じサイズに戻る傾向があることです。 もう1つの、おそらくあまり明白ではない特性は、ストレッチまたは圧縮するほど、ストレッチまたは圧縮がさらに難しくなることです。
これらのプロパティは完全にに適用されます 理想の春、そしてある程度、現実の世界であらゆる目的に使用されるばねまで。 他のほとんどのオブジェクトは、このように動作しません。 変形に完全に抵抗するものは、通常、加えられた力が十分に強くなると壊れます。 他の人は伸びたり圧縮されたりするかもしれませんが、完全にまたはまったく元の形に戻らない可能性があります サイズ。
主にガリレオ・ガリレイとアイザック・ニュートンによって進められた力と運動に関する当時の新しい概念的枠組みと組み合わされた、ばねの異常な特性。 フックの法則の発見につながりました。フックの法則は、現代世界の無数のエンジニアリングおよび産業プロセスに適用される、シンプルでありながらエレガントな関係です。
重要な発見：フックの法則
春は 弾性 オブジェクト。これは、前のセクションで説明したさまざまな特性があることを意味します。 つまり、変形に抵抗し（伸縮と圧縮は2種類の変形です）、 また、力がばねの弾性内にとどまっている場合は、元の寸法に戻ります。 制限。
ニュートンの法則が発表される前に、ロバート・フック（1635-1703）は、いくつかの簡単な実験を通じて、物体の変形量が 彼が「弾性」と呼んだ特性を持っている限り、そのオブジェクトを変形させるために加えられた力に比例します。 実際、フックはほとんどの人が多作な科学者でした 彼が今日の一般的な名前でなくても、想像できるすべての分野は、主にヨーロッパ中で活動している非常に多くの熟練した科学者のためです 彼の時代に。
フックの法則の定義
フックの法則は、書くこと、覚えること、そして扱うことが非常に簡単であり、物理学の学生にはあまり与えられない贅沢です。 つまり、ばね（または他の弾性オブジェクト）がさらに変形しないようにするために必要な力は、オブジェクトがすでに変形されている距離に正比例するということです。
F = −kx
ここに k はばね定数と呼ばれ、ご想像のとおり、ばねごとに異なります。 「ばね力の公式」と考えることができるフックの法則は、さまざまな形で作用しています。 アーチェリーの弓やショックアブソーバーやバンパーなど、さまざまな道具や生活の側面 自動車。
簡単な例として、独自のヘッドをばね力計算機として使用できます。 たとえば、ばねが2m伸ばされたときに1,000Nの力を及ぼすと言われた場合、ばね定数を取得するために除算できます：1,000 / 2 = 500 N / m。
ばね質量システムにおけるフックの法則
人々はばねを「圧縮性」よりも「伸縮性」と考えるかもしれませんが、ばねが適切に構築されている場合（つまり、 連続するコイル間に十分なスペースがある）、大幅に圧縮および伸長することができ、フックの法則は次の両方向に適用されます。 変形。
ブロックが摩擦のない表面にあり、平衡状態にあるばねによって壁に接続されているシステムを想像してみてください。つまり、ブロックは圧縮も伸長もされていません。 ブロックを壁から引き離して放すと、どうなると思いますか？
あなたがブロックを解放した瞬間、力 F、ニュートンの第2法則（F = ma）に従って、ブロックを開始点に向かって加速するように機能します。 したがって、この状況でのフックの法則については、次のようになります。
F = -kx = ma
ここから、を使用して可能です k そして m、本質的に波状である振動の数学的挙動を予測するため。 ブロックは、開始点をいずれかの方向に通過するときに最も速く、より明らかに、方向を逆にすると最も遅くなります（0）。
- 理論対。 現実： この架空の状況で起こることは、ブロックがその開始点を通過し、その開始点を横切って前後に振動することです。 同じ距離だけ圧縮され、最初に壁に向かって各トリップで引き伸ばされ、次にズームアウトして、引っ張った場所に戻ります。 サイクル。 現実の世界では、ばねは理想的ではなく、その材料は最終的にその弾性を失いますが、さらに重要なことに、実際の摩擦は避けられません。 その力はすぐに振動の大きさを減らし、ブロックは静止状態に戻ります。
フックの法則におけるエネルギー
スプリングには、たとえば風船ガムやボールベアリングでは不可能な方法で作業を行うために活用できる固有の、または組み込みの特性があることを確認しました。 その結果、ばねは力だけでなくエネルギーの観点からも説明できます。 （仕事はエネルギーと同じ基本単位を持っています：ニュートンメートルまたはN⋅m）、
バネを変形させるには、あなたか何か他の人がバネに取り組む必要があります。 腕を使って与えるエネルギーは、弾性ポテンシャルエネルギーに「伝達」されます バネを伸ばした状態。 これは、重力ポテンシャルエネルギーを持つ地上の物体に類似しており、その値は次のとおりです。
EP =（1/2）kx2
圧縮されたばねを使用して、摩擦のない表面に沿ってオブジェクトを発射するとします。 この理想的な状況でのエネルギーは、オブジェクトがばねを離れる瞬間に完全に運動エネルギーに「変換」されます。ここで、
EK =（1/2）mv2
したがって、オブジェクトの質量がわかっている場合は、代数を使用して速度を解くことができます v 設定することにより EP （初期）から EK 「ローンチ」で。