バネ定数と剛性係数

バネ定数と剛性係数は、エル○ロジーの研究において非常に重要な2つの量である。これらの量は、ほとんどすべてがこれらの計算で重要な役割を果たす。ここでは、ばね定数と剛性係数とは何か、その定義、剛性係数とばね定数の応用、両者の類似性、最後に剛性係数とばね定数の違いについて説明します。

スプリング定数

弾性は、物質の持つ非常に便利な性質です。外力を取り除いた後、元の状態に戻ろうとする材料の能力である。弾性体であるバネを伸ばしたままにするのに必要な力は、バネの伸びた長さに比例することが確認されています。この比例定数はバネ定数と呼ばれ、kで示される。このとき、F = -kx という式が成り立ち、負の符号は x が力の方向と反対であることを示す。バネの長さは、バネの長さによって決まります。バネ定数の単位はニュートン毎メートルです。バネ定数は、オブジェクトのプロパティです。系の弾性ポテンシャルエネルギーは、弾性体をある長さxだけ引き伸ばすのに必要な仕事である。このとき加えられた力F(x)=kxですから、与えられた仕事はF(x)のdxに対する0からxまでの積分、すなわちkx2/2に等しく、したがって位置エネルギーはkx2/2となります。 棒の先端に取り付けられた物体の位置エネルギーは、その質量には依存せず、ばね定数と伸びの長さのみに依存することに注意しなければなりません。

剛性率(ヤング率)

ヤング率は物質の重要な特性であり、物質の剛性を特徴付けるために用いられる。ヤング率とは、物体にかかる圧力（応力）と、その物体にかかるひずみの比のことである。ひずみは無次元なので、ヤング率の単位は圧力の単位、すなわち1平方メートルあたりのニュートンに等しい。材料によっては、応力の範囲内でヤング率が一定になるものもあります。これらの材料はフックの法則に従うもので、線状材料と呼ばれる。ヤング率が一定でない材料は、非線形材料と呼ばれる。ヤング率は材料の特性であり、物体の特性ではないことを明確に理解する必要がある。同じ材料で作られた異なる物体は、同じヤング率になります。ヤング率とは、物理学者トーマス・ヤングの名前に由来する。また、ヤング率は、材料の単位ひずみあたりに必要な圧力と定義することもできる。ヤング率はパスカルで測定されるが、あまり使われていない。メガパスカルやギガパスカルなどの大きな単位は便利な単位です。