• ベストアンサー

バネ緩衝について

例えば、物体を落下させるとき、物体の地面との接地面にバネを設けた方が、落下したときの衝撃力は小さくなると思いますが、 なぜバネが衝撃力を緩和するのでしょうか? どういったメカニズムで衝撃力が弱まるのでしょうか? また、ばね定数と衝撃力にはどのような関係があるのでしょうか? ご教示の程よろしくお願いします。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • yokkun831
  • ベストアンサー率74% (674/908)
回答No.1

最も初歩的には,接触時間が長くなるために平均の力が弱くてすむからです。 物体の速度が,ばねから力を受けてゼロになるために必要な力積(力×時間)は,ばね定数によってかわりませんが,ばね定数が小さいほど接触時間は長くなるので,平均の力はより小さくなります。 図はAlgodooによるシミュレーションで,右の方がばね定数が2倍大きくなっています。グラフはばねにとりつけられた板の位置変化ですが,縦軸の縮尺を変えて弾性力に比例するようにしてみたものです。ばね定数が小さい左の方が,接触時間が長く力が小さくなっているのがわかります。

purezza
質問者

お礼

丁寧にご回答いただきありがとうございました。 すごく解りやすかったです。

関連するQ&A

  • なぜ鉄球よりもゴムボールの方が高く跳ねるのか?

    落下させようとする物体と地面と落下地点に取り付けられたバネがあるとします。 この場合、落下地点に取り付けられたバネのバネ定数が大きいほど、接触時間が短くなるので衝撃力が大きくなり、その分バネの復元力が強くなり、跳ね返った後、より高く跳ね上がると思います。(この認識はあってますでしょうか?) ここで一つ疑問に思うことがあるのですが、 例えば、鉄球はバネ定数はかなり大きいと思うのですが、鉄球を落下させた場合と、スーパーボール(ゴム製のよく跳ね上がるボール)を落下させた場合とでは、スーパーボールの方がかなり高く跳ね上がります。 明らかに鉄球の方がバネ定数が大きい(押したときの変形量が鉄球の方が小さいため)のにも関わらず、スーパーボールの方が高く跳ね上がるのはなぜなのでしょうか? (鉄球の方が、バネ定数に加えて質量も大きいので、衝撃力がはるかに大きいのに、なぜ跳ね上がらないのでしょうか) もしかして、鉄球の方は減衰力が強く働くからなのでしょうか?すなわち、落下物とバネと地面だけで考えるのではなく、そこにダンパ要素も加えて考える必要があるということでしょうか。 どなたかご教示のほど宜しくお願いします。

  • ダンパの衝撃吸収性について

    物体を地面に落下させたときの衝撃力は、衝突面間にバネを介すことで、接触時間が長くなり衝撃力が小さくなりますが、 さらにダンパを加えた場合、バネのみの場合と比べて衝撃力は小さくなるのでしょうか?もしそうだとしたら、何故でしょうか? 力学的に説明できる方、教えてください。

  • 物理 弾性エネルギー

    弾性エネルギーの問題です。 全く分からなくて困ってます。 (1)~(7)に当てはまるように書く問題です。 図(a)のように,自然長 l ,ばね定数 k のばねをつけた質量 m の物体を,地上より高さ h から自由落下させた。地面に落下したとき,この物体がばねを通して地面から受ける最大衝撃力の大きさ F を求めたい。ただし,重力加速度の大きさを g とする。物体の大きさとばねの質量は無視するものとする。  ばねの先端が着地した瞬間での運動エネルギーは,エネルギーの保存則から位置エネルギーの差 (1) に等しい。  ばねが,その自然長 l から x だけ押し縮められたとき,物体は一瞬静止した。この瞬間,物体はばねから最も強い力 F= (2) を受ける。この F を決めるには,ばねの縮み x を求めなければならない。  ばねが x だけ押し縮められたとき,物体は,重力による位置エネルギー (3) の他に,ばねの弾性力による位置エネルギー (4) をもっている。このときの物体の全エネルギーは,エネルギーの保存則から,ばねの先端が接地した瞬間に物体がもつ全エネルギー (5) に等しい。  以上の考察と簡単な計算により,最大衝撃力 F は次の形に書くことができる。       F=mg(1+ (6) ) h=l のとき,すなわち図(b)のようにばねを接地して静かに物体をはなしたとき,物体がばねから受ける最大の力 F は, mg の (7) 倍である。 (1)はmg(H-h)でいいとおもいますが それ以降がわかりません。 お願いします。

  • バネ定数

    はじめまして。図がないので説明しにくいのですが 天井からバネ定数K1のバネがつるされ バネの下端に質量Mの物体をくっつけます。 その物体の下方の左端、右端にバネ定数K2のバネをくっつけます。 そして、そのバネの下端を地面に固定します。     天井 -----------   バ   ネ   K1  ___ |   |  ---  バ バ  ネ ネ  K2 K2 -------------   地面 このような感じです・。わかりにくくてすみません。 これらの3つのバネ定数と等価のバネ定数Kzを求めたいのですが 自分なりの考えではバネ定数k2の2個による並列なつなぎであるので K2+k2=2*k2。これとバネK1が直列なので kz=2*k1k2/(2*k2+k1)だと思ったのですが違うようです。 なぜでしょうか?? よろしくお願いします。

  • ばねの問題

    Q,質量の無視できる自然長Loのバネ定数kのバネがある。このバネを地面に鉛直に立て、このバネの真上h(h>Lo)の位置から質量mの物体を静かに離す。 この物体が最大の速度になり更に下方に運動しているときの最大速度を求めよ。 という問題です。自分はmg-ky=0になる時が最大速度になると思ってやってみたのですが、この式と速さvが同時にある式が作れません。 よろしくお願いしますm(__)m

  • 物理のばねの問題

    以外の問題の解答をお願いします! 水平面上にバネ定数kのばねを垂直に立てる。 ばねの直上、hの高さに置いた質量mの物体を落下させてばねに衝突させるとき、ばねは最大どれだけ縮むのか? 縮みの最大値をk、h、m、および重力の加速度gで表す数式を ・ニュートンの運動方程式に基づいて ・力学的エネルギー保存の法則に基づいて 上の2つのやり方で導き、結果が一致することを示しなさい。 物体の大きさは無視して質点と考えることとする。 よろしくお願いします。

  • ばねの運動について

    質量がmの2枚の円盤の中心にばね定数kのばねをつけて、片方の円盤を鉛直方向に持ち上げてつりあったら落下させる、という問題がありました。 そこでこの問題で重要になるのが物体系の重心です。 この場合重心は移動せず円盤は鉛直方向に対称に単振動をするみたいですが、どうしてででしょうか? もし重心がばねの真ん中だったら真ん中を境にして上の円盤と下の円盤は単振動をするのでしょうか? また、重心が移動するのはどういうときでしょうか?

  • びっくり箱のばね。

    くだらない質問をしますが・・・。 びっくり箱の要領で、 3kgのとある物体Pの真下にばねをセット・圧縮した後に ばねを開放したとき、その物体が反動で0.9m程真上に飛び上がるようにするには、 バネ定数をどのように算出すればいいのでしょうか? (だいたいバネの自然長70~80mm、たわみがその半分くらいだと理想でしょうか) 見当違いかもしれませんが自分が手探りでやってみた方法は 物体を0.9m真上に持ち上げる際に必要なエネルギー(位置エネルギー?)=弾性エネルギーとして、 mgh=1/2*k*x^2 で求めて見ました。これはバネ定数があまりに大きくなりすぎます; なにかほかに必要な条件があるのでしょうか? お暇な方、答えていただけると幸いです。

  • バネ-マス-ダンパモデルと反発係数について

    物体と物体がぶつかった時の反発の仕方は反発係数で決まると思いますが、この反発係数をバネ-マス-ダンパ要素で表すことはできるのでしょうか? 例えば、物体を地面に落下させたときの跳ね上がり量の計算には、通常、反発係数が必要だと思いますが、この反発係数を使用せずに、反発係数を二物体間に働くバネ要素とダンパ要素で表して、例えば跳ね上がり量を計算するなんてことはできるのでしょうか?

  • 空気バネの評価手法について

    半球状(ドーム状)のビーチボールを作成し,動的及び静的バネ定数を求めたいと思い検討しております. ドーム頂点と地面との間の動的バネ定数を実験的に求めることは,可能なのでしょうか? 加圧は,ドーム上部より平面状の物体により行うと,有効受圧面積が随時変化することが予想されるため,通常のエアスプリングの設計手法や,評価手法が使えません. 何か良いアイデア,実験手法等が御座いましたら,御教え頂けますと幸いです. 宜しくお願いいたします.