科学ワーク

力学・エネルギー

ばね・フックの法則・弾性エネルギー計算

ばね定数 k と変位 x から、復元力 F と弾性エネルギー U を求めます。

計算

ばねの条件と変位を入力

入力値

0より大きい有限値。N/m または N/cm

正は伸び、負は圧縮、0は自然長

値は内部でSI単位（N/m、m）へ換算します。変位の符号は自然長からの向きを表します。

計算結果

入力値を確認して「計算する」を押してください

計算待ち
—
復元力 F—
力の大きさ |F|—
弾性エネルギー U—

計算すると、復元力と弾性エネルギーを表示します。

動きを図で確認

自然長からの伸び・圧縮

計算待ち
変位 x
—
復元力 F
—
弾性エネルギー U
—
自然長を基準にしたばねの図 計算すると、伸びまたは圧縮、変位、復元力を図で確認できます。 自然長 固定端 弾性エネルギー —
自然長の基準線と、変位に応じたばねの形を示します。矢印の長さは模式表示です。

計算すると、ばねの状態を図で確認できます。

ばねは比例限界内の理想モデルです。図の長さは数値の厳密な縮尺ではありません。

使い方

4つの手順

  1. ばね定数 k と単位を入力する
  2. 変位 x と単位を入力する
  3. 「計算する」を押す
  4. 復元力と弾性エネルギーを確認する

計算方法

フックの法則とエネルギー

F = −kx自然長へ戻す復元力
|F| = |kx|復元力の大きさ
U = ½kx²ばねに蓄えられる弾性エネルギー

固定例

k = 20 N/m、x = 5 cm のとき、F = −1 N、|F| = 1 N、U = 0.025 J です。

前提

この計算の範囲

  • k は0より大きい有限値、x は有限値として入力します。
  • x > 0 は伸び、x < 0 は圧縮、x = 0 は自然長を表します。
  • 復元力は F = −kx、弾性エネルギーは U = 1/2 kx² で計算します。
  • 比例限界内の理想ばねを仮定し、摩擦、質量、減衰、塑性変形は扱いません。