フックの法則が成り立たないときのお皿とは

質問

高校の物理の実験で、フックの法則が成り立たない理由は
初張力であると聞きました。

成り立たせるにはお皿が必要であるとも聞きました。
私の知識不足なのか、なぜお皿があればフックの
法則が成り立つのかさっぱりわかりません・・・
だれか教えていただけたらと思います。

回答No.1

noname#175206 · ベストアンサー

バネで隙間なく巻かれたものがあります。密着巻と呼ばれます。

　たとえば、バネを作っている針金の太さ（直径）が0.5mmだとして、ピッチ（バネの針金中心間の距離）が0.3mmというバネを作ることができます。

　もちろん、バネの針金が潰れて太さが0.3mmになるわけではなく、フックの法則通りになるバネの自然長が、たとえば3cmなのだけれど、バネの針金の太さのせいで5cmまで引き延ばされているような状態になっています。バネの針金同士が押し合っている状態です。

　そういうバネだと、バネを伸ばそうとする力を、少しずつ増して行くと、最初は伸びなかったバネが伸びるようになります。

　上記の例で言えば、本来の自然長が3cmのバネを5cmまで伸ばせるだけの力を加えるまではバネは伸びず、それ以降は伸びるようになります。

　そういう密着巻のバネを、最初からフックの法則通りに伸びるようにするには、最初からある程度の力で引っ張っておく必要があります。バネを縦向きにして、下向きに伸ばす場合ですと、ある程度の重さの重りをぶら下げておくと、バネの針金が押し合っている状態ではなくなります。

　そこからなら、重りの重さを計算に入れなければ、バネは加えた力に比例して伸びる、つまりフックの法則通りになります。

　その適度な重りが皿だということでしょう。皿の重量を0として計算すれば、フックの法則通りにバネは伸びてくれて、皿に置いたものの重さを計るバネばかりにすることができます。

お礼

丁寧にどうもありがとうございました。
何か皿と呼ばれる実験器具があると
思っていたのですが、どうやらただの
お皿のようですね。

ということは別にお皿だけに
限定するのではなく、
適度な重さがあれば何でも
良いということなのでしょうか。

また高校の先生に確認してみます。
本当にありがとうございました。