弾性力による位置エネルギー

伸びたばねにつながれた物体は，ばねが自然長(natural length)にもどるとき，ある速さになり，運動エネルギーをもつ．このように伸ばされたばねにつながれた物体は，仕事をする能力，すなわち，エネルギーをもつ．これを，弾性力による位置エネルギーという．

ばね定数 k〔N/m〕 のばねが，自然の長さから x〔m〕 伸びたり，あるいは縮んだりしているとき，ばねにつながれた物体の弾性力による位置エネルギー U 〔J〕 は，ばねの自然の長さの位置を基準にとると，次式で表される．

U= 1 2 k x 2

物体を引っ張って，ばねを自然長から x 〔m〕 だけ伸ばすと大きさの F=kx 〔N〕 弾性力を縮もうとする向きに向ける．このとき物体を引っ張る力がした仕事は，左図斜線の面積で表され，これはばねのもつ弾性力による位置エネルギー U 〔J〕 に等しい．

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学生スタッフ作成

2016年4月20日