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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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ばね定数の単位は「N/m」「kN/cm」「N/mm」「kN/m」などを使います。ばね定数を求める公式は「k=F/x」です。Fは力、xは変形量です。よって「単位長さ当たりの力」がばね定数です。ばね定数の単位の「分母には長さの単位、分子には力の単位」となります。今回は、ばね定数の単位と意味、計算方法、ヤング率、kg/mmとの関係について説明します。ばね定数、ヤング率の詳細は下記が参考になります。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ/建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書:「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学 改訂版/工学社」

ばね定数の単位は?意味、計算方法

ばね定数の単位は「N/m」「kN/cm」「N/mm」「kN/m」などです。ばね定数の単位は「単位長さ当たりの力」になります。


ばね定数は「力÷変位量」で算定できるので、ばね定数の単位も「分母は長さの単位、分子は力の単位」を用います。長さの単位には「mm、cm、m」、力の単位は「N、kN」などを使いますね。

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実際にばね定数を計算しましょう。下図をみてください。バネに10kgの重りを付けたとき、バネが10cm変形しました。ばね定数を算定してください。ただし、ばね定数の単位は「N/m」、重力加速度は10m/s^2とします。


ばね定数の単位


前述した公式に当てはめる前に、重りの質量を「力(重量)」に変換します。力=質量×重力加速度なので、「10kg×10m/s^2=100N」です。また10cm=10÷100=0.1mです。よって、


ばね定数=力÷変形量=100N÷0.1m=1000N/m


になります。ばね定数の詳細は下記も参考になります。

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ばね定数の単位とヤング率の関係

ばね定数を求める式は「k=F/x」です。また、フックの法則「σ=Eε」、部材の軸方向の応力度「σ=F/A」を変形すると、


k=EA/L


が得られます。Eはヤング率、Lは部材の長さ、σは部材に生じる応力度、εはひずみです。ヤング率の単位はN/m㎡などを使います。各値の「単位だけ」を考えて計算すると、前述したばね定数の単位になりますね。


k=EA/L=(N\/mm^2×mm^2)/m=N/m


ヤング率の単位、ばね定数とヤング率の関係は下記も参考になります。

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ばね定数の単位換算、kg/mmとの関係

ばね定数の単位は「単位長さ当たりの力」です。よって、ばね定数の単位換算は、「力の単位換算」と「長さの単位換算」の組み合わせです。よって、ばね定数の単位換算を丸暗記する必要は無いです。ばね定数の単位換算の例を下記に示します。


・1N/m ⇒ 1000N/mm

・1N/m ⇒ 0.001 kg/mm


力の単位換算、長さの単位換算は下記が参考になります。

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まとめ

今回は、ばね定数の単位について説明しました。ばね定数の単位は「N/m」「kN/cm」「N/mm」「kN/m」などを使います。単位を丸暗記するのではなく「ばね定数の求め方」を理解しましょう。また、「力の単位」「長さの単位」をそれぞれ勉強しましょうね。下記が参考になります。

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