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ばね定数とは?1分でわかる意味、公式、ヤング率、単位、求め方

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ばね定数とは、力を変形量で除した値です。材料の伸びやすさを表す値です。ばね定数が大きいほど、同じ力が作用しても変形が小さくなります。ばね定数が大きいほど、「固い材料」と考えてください。今回は、ばね定数の意味、公式、ヤング率との関係、単位、求め方について説明します。なお、建築の実務では、ばね定数を「剛性」ともいいます。剛性の意味は下記が参考になります。

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数


ばね定数の単位、計算は下記をご覧ください。

ばね定数の単位は?1分でわかる単位と意味、計算方法、ヤング率、kg/mmとの関係

バネ定数の計算は?1分でわかる意味、計算、公式、直列バネ、並列バネの関係

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ばね定数とは?

ばね定数とは、「材料の伸びやすさ」または「材料の固さ」を表す値です。ばね定数は、下記より算定します。


ばね定数=力÷変形量(伸び)


ほとんどの材料は、力と変形が比例関係にあります。この関係をフックの法則といいます。力と変形は比例関係にありますが、力を1N作用させて1mmの伸びが生じる部材もあれば、1Nで2mmの伸びが生じる部材もあります。


この違いが、「ばね定数」です。つまり、ばね定数は材料の伸びやすさと同じ意味です。建築の実務では、ばね定数を「剛性」といいます。


フックの法則、剛性の意味は下記が参考になります。

フックの法則とは?1分でわかる意味、公式、単位、応力、ヤング率の関係

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数

ばね定数の公式

ばね定数の公式を下記に示します。


k=P/δ


kはばね定数(剛性)、Pは力、δは変形量(伸び)です。


力と変形量が分かれば、ばね定数は計算できます。上式より、ばね定数は材料の「伸びやすさ」だと分かりますね。

ばね定数とヤング率の関係

ばね定数はヤング率と関係します。軸力に対するばね定数kは下式です。


k=EA/L


kはばね定数(剛性)、Eはヤング率、Aは部材の断面積、Lは部材の長さです。ヤング率が大きいほど材料は固くなります。また、断面積が大きいほど固くなります。ヤング率の意味、ばね定数とヤング率の関係は下記が参考になります。

ヤング係数ってなに?1分でわかるたった1つのポイント

バネ定数とヤング率の関係は?1分でわかる意味、違い、換算、断面二次モーメントとの関係は?

ばね定数の単位

ばね定数の単位は、


N/mm

kN/m

などです。ばね定数の公式、求め方を理解すれば大丈夫ですね。詳細は下記も参考にしてください。

ばね定数の単位は?1分でわかる単位と意味、計算方法、ヤング率、kg/mmとの関係

ばね定数の求め方

ばね定数の求め方を、例題を通して勉強しましょう。


ある材料に力を100N加えたとき、伸びが1.5cmでした。ばね定数をN/mmで求めなさい。


この例題では、単位変換に注意すれば良いです。ばね定数kは下記です。


k=100/15=6.7 N/mm


ですね。ばね定数は材料の種類で違います。鋼、木、コンクリートなど、材料毎に値が変わります。詳細な計算方法は下記をご覧ください。

バネ定数の計算は?1分でわかる意味、計算、公式、直列バネ、並列バネの関係

ばね定数の直列の計算は?3分でわかる直列バネの計算(求め方)、直列と並列の違い

まとめ

今回は、ばね定数について説明しました。意味が理解頂けたと思います。ばね定数は、材料の伸びやすさを表す値です。ばね定数が大きいほど、固い材料です。建築の実務では、ばね定数を剛性といいます。ばね定数の公式、求め方を覚えてくださいね。また、ばね定数の単位、ヤング率との関係も理解しましょう。下記を併せて参考にしてくださいね。

剛性とは?本当に分かる剛性の計算、単位、強度との違い、バネ定数

ばねの伸びの計算は?1分でわかる計算方法、意味、問題の解き方

ばね定数の単位は?1分でわかる単位と意味、計算方法、ヤング率、kg/mmとの関係

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