| English | 意味 |
|---|---|
| Hooke's law/hʊks lɔː/ | フックの法則 |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | 変位 |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | ばね定数 |
| restoring force/rɪˈstɔːrɪŋ fɔːs/ | 復元力 |
| in parallel/ɪn ˈpærəlel/ | 並列接続 |
| in series/ɪn ˈsɪəriːz/ | 直列接続 |
The more you stretch, the harder it pulls
- Pull a spring a little and it tugs back gently; pull it twice as far and it tugs back twice as hard.
- Let go and it snaps toward its rest position every time.
- This tidy, proportional push-back is what makes springs so predictable.
- It is also the recipe for every oscillation in physics.
Hooke's law
- Hooke's law 胡克定律 describes an ideal spring:
- The force is proportional to how far the spring is stretched or squeezed.
- The minus sign says the force always points back toward equilibrium.
理想ばねに関する すべての 正しい記述を選択せよ。
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前二つフックの法則である。三つ目は逆——硬いばねほど大きい$k$を持つ。
Stiffness and displacement
- The spring constant 弹簧劲度系数 $k$ measures stiffness -- a bigger $k$ is a harder spring.
- The displacement 位移 $x$ is measured from the spring's natural rest length.
- On a graph of force versus displacement, $k$ is simply the slope.
フックの法則:F = -kx
力を増やすと、ばねは比例的に伸びる。その傾きがばね定数 k である。
$6\ \text{N}$ の力でばねを $0.30\ \text{m}$ 伸ばした。ばね定数(単位:N/m)はいくらか?
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$k = F/x = 6/0.30 = 20\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
力-変位グラフにおいて、ばね定数は直線の ____ である。
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$F = kx$ (絶対値)であるため、グラフは傾きが $k$ の直線となる。
A restoring force
- Because it always points back to the middle, the spring force is a restoring force 回复力.
- Stretch right → it pulls left; compress left → it pushes right.
- That constant "return to center" is exactly what drives a mass on a spring to oscillate.
ばねを右側に引いたとき、ばねの力は...
難易度 1/5 · 100 コイン + 今日初回完了時に小ボーナス付与
復元力 always 変位に逆らう。右に伸ばせば、左へ引っ張る。
$F_s = -kx$ のマイナス符号は、ばねの力が変位に逆らうことを示している。
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はい -- この符号は「復元」の方向を表しており、常に平衡点に向かう。
Combining springs
- Springs in parallel 并联 (side by side) act stiffer: $k_{eq} = k_1 + k_2$.
- Springs in series 串联 (end to end) act softer: $\dfrac{1}{k_{eq}} = \dfrac{1}{k_1} + \dfrac{1}{k_2}$.
- It is the exact opposite of how resistors combine.
ばね定数 $k = 100\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ の同一バネを 並列 に接続した。等価ばね定数(単位:N/m)はいくらか?
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並列のばねは足し合わされ、$k_{eq} = 100 + 100 = 200\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ となる。 together より硬い。
A spring stretches $0.20\ \text{m}$ when a $10\ \text{N}$ force pulls it.
- Spring constant: $k = \dfrac{F}{x} = \dfrac{10}{0.20} = 50\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
- Stretch it twice as far ($0.40\ \text{m}$) and it pulls back with $20\ \text{N}$ -- always toward its rest position.
The minus sign in $F_s = -kx$ is not decoration -- it encodes the direction. The spring force is never in the direction you pulled; it always opposes the displacement. Drop the sign and you lose the whole "restoring" idea.
Hooke's law: $F_s = -kx$ -- a spring's force is proportional to its displacement and always points back to equilibrium (a restoring force). The spring constant $k$ is its stiffness (the slope of $F$ vs $x$). Parallel springs add stiffness; series springs soften.