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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

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。剛性は下記の記事が参考になります。

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。


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。剛性は、下記の記事が参考になります。

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

ばね定数の公式

ばね定数の公式を下記に示します。


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。※ヤング率は下記の記事が参考になります。

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

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。

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くわえたとき、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。

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。

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。下記の記事を併せて参考にしてくださいね。

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