ばねの利用とゴムの利用とは?

ばねの利用

弾性をもつ物は、ばねとして広く利用されていますが
ひとくちにばねと言っても、その目的によって
それぞれ違った使い方をしています。




ばねに仕事をさせる

ばねに力を加えて変形させると外力は
その力に動いた距離をかけた値と同じだけの仕事をします。

これは、変形のエネルギーとして
ばねに蓄えられ、ばねがもとにもどるときに同じ量の仕事をします。

この性質を利用したものに、時計のぜんまいがあります。
ぜんまいをまいておくと、変形のエネルギーを、少しずつ仕事にかえて
時計の歯車や針を、摩擦力に逆らって動かしていきます。

また、洋服ブラシは、毛の弾性を利用して小さいごみを跳ね飛ばすものです。

物をおさえる

洗濯ばさみや紙ばさみなどは
つるまきばねの弾性を利用して物をおさえるものです。

電気のスイッチにも、銅板の弾性が利用してあります。

自転車のスタンドにも、つるまきばねがついていて
スタンドをあげたとき、水平に保つはたらきをしています。

ボイラの安全弁をおさえておくためにも、ばねが使われます。
これは、ボイラの蒸気が、一定の圧力以上になったとき
弁を押し開いて安全を保つようにしたものです。

衝撃や振動を弱める

自動車や鉄道車両は、運転中に、いろいろな衝撃の力や、振動を受けます。
そこで、車軸と車体のあいだに、重ね板ばねやつるまきばねを使って
これらの力を弱めています。

椅子やベッド、自転車のサドル、オートバイなどに
ついているつるまきばねも同じようなはたらきをしています。

列車の連結器には、輪ばねをならべて使ったものがあります。
これは、内輪ばねと外輪ばねを組み合わせたもので
互いに円錐形の面で接しています。

輪ばねに、軸の方向から力が加わると内輪ばねは圧縮され
外輪ばねは押し広げられます。

このため、触れ合っている面に
大きな摩擦力もはたらき、衝撃の力を弱めることができます。

力の大きさを測る

ばねは、弾性限度内では、フックの法則によって外力と変形の量が比例します。

この性質を利用すると、変形の量をはかって
加えた力の大きさを測ることができます。

ばね測りや上皿測りは、つるまきばねを使ったものです。
電流計の針の軸に、うずまきばねをつけたものもあります。
これは、ばねの変形によって、電磁気力を測るものです。

また、ねじり測りといって、針金のねじれによって
力のモーメント、または、重さを測るものもあります。



ゴムとその利用

ゴムは、金属にくらべて、著しく弾性による変形をします。
もとの長さの数倍に伸ばして千切れないし、力を取り去ると
またもとの長さにもどります。

ゴム測りの実験

輪ゴムを8本ばかりつなぐか、ゴム糸を50センチあまりとって
そのはしに、小さい皿をつるします。

皿は、フィルムの空き缶のふちに、小さい穴を3つ開け
細い針金を通したものでよいでしょう。

ゴム糸の上のはしを高いところにとめて、下につるした皿に
重さのそろった鉄の玉かガラス玉を、1個ずつのせていきます。

玉をのせるたびに、玉の数とゴムの
長さを測って、その関係をグラフに書いてみましょう。

鉄の玉の重さが、1個1.5グラムのとき
その結果は、つぎのグラフのABCのような曲線になりました。

bandicam 2015-04-26 17-48-58-646-min

この場合、皿の重さ7.5グラムの中に、4個の鉄の玉を加えたところまでは、伸びと重りの数とが比例するとみて、差支えありません。

それ以上になると、伸びの増える割合いが大きくなり
上のほうに曲がった曲線になります。
それでも、せまい範囲を見れば直線に近く、比例していると見なせます。

ゴム糸を注意してみると、伸びが増すにしたがって、細くなります。

したがって、ゴム糸の断面にはたらく応力をくらべてみると
細くなったときのほうが、実際には、大きくなっているはずです。

そこで、ゴム糸の太さを測って、まえのグラフを補正すると
ほぼAFのようになりました。

こんどは、鉄の玉を10個のせたC点のところで
1個ずつ玉を減らしていくと、CDEの曲線を描いて
もとにもどってきました。

この場合は、ABCの曲線と少し食い違っていて
伸びが残っていることがわかります。

ゴムの利用

ゴムは、変形したときに生ずる力で、物を締め付けるのによく使われます。
ゴムひもはバンドに使ったり、包み紙をとめたりするのに使われます。

模型飛行機のプロペラをまわすにはゴム糸をねじったとき
それがもどろうとするときの力を利用します。

ゴム管は、それをはめたものとよく密着します。
そのうえ、気体や液体を通しにくく、曲がりやすいので
水辺やガスのホースに使われています。

入れ物のふたに、ゴムのパッキンを使うのも
ゴムの弾性で隙間をなくすためです。

このほか、衝撃や振動を弱めるためにも、ゴムが使われます。

自転車や自動車のタイヤなどが、そのよい例ですが
この場合は空気の弾性が助けになっています。







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