バネによる載荷・除荷にともなう変形復元実験

 ここでは、バネによる載荷・除荷にともなう変形復元実験を試みてみました。

実験準備

 市販のやや太い針金 (径1.6mmのステンレス製) を空き缶などを用いて、短いやや大きな手製バネにします。それから、載荷台の材料として、蒲鉾の板を4枚と割り箸を短く適当な長さに切ったものも4本用意します。また、変位の観察用に超小型曲尺と、これを挟んで立てておくための別の蒲鉾の板を2枚、その他写真撮影の背景用の色画用紙や板目紙、木工用ボンドや荷重用の乾電池などを用意します。(次に述べる理由で、実際に実験に使ったのは写真とは別の手製バネです。)


 実験用の材料


 実は、実験で一番大事な「バネ」が作るのが難しくなかなかうまくいかないので、バネを2つ用意して、やってみてうまくいったほうを使ったので、結果としは、最初に使うつもりだったものでないほうで実験しました。実際に使ったのは、予備のほうだったので、終了後に、2つのバネを並べて写真をとりました。

 2つの手製バネ
(当初左が本番用、右を予備と思っていましたが、左のものでは平行がうまくとれず、右のものを使いました。)


 載荷台の作成。蒲鉾の板を2枚横にボンドで張り合わせたものを2つ作って、この出来た2枚を直角にして重ねる用に張り合わせて、とても太い十文字状にして、その片面に、ちょうどバネがうまくはまるぐらいの位置に割り箸片を貼り付けました。
 完成した載荷台(割り箸片を張り付けたこちら側は、実験時には下側になります。)

実験=載荷と除荷

 やはり、うまく手製バネがつくれず、バネに載せたものをきれいに鉛直に上下させることができませんでした。そこで、少しインチキをさせてもらうことにしました。バネに載荷台をのせたとき、載荷台が写真撮影の背景用に用意した板目紙の面をこすって、上下するようにすると、なんとか、鉛直に近く上下してくれるので、この方法をとらせてもらうことにしました。

 バネに載荷台をのせた状態

(載荷台を後ろの板目紙につけて、バランスをとらせてもらう(少しインチキ))


 目盛り部分の拡大(約7.3cm)



・載荷実験
 荷重として、単2の乾電池1つを使うことにしました。バランスをくずさずに沈むところをさがして、そっと手をはなしてやります。すると、後ろの紙をこすりつつではありますが、沈み込んで、やがて、あるところでとまります。この状態を写真にとっておきます。


 荷重を載せると、バネが縮んで、載荷台が下がります。


 目盛り部分の拡大(約5.9cm)


・除荷実験

 この状態から、荷重の乾電池を取り去ってやります。すると、バネが伸びて、もとに近い状態にもどります。 手製のバネや載荷台が完璧なものならは、完全にもとに戻るはずですが、不完全で、実験中に互いの多少位置がずれたりするため、載荷台が少し斜めになったりするため完全にはもとのようになりません。しかし、ほとんど戻ることは明らかです。

 荷重の乾電池を取り去ってやると、やがて、もとに近い状態に戻る。

 目盛り部分の拡大(約7.2cm)


 試験後の後ろの状態。



 この実験から、バネがあれば、重みで沈んだものは、重さが取り除かれれば、伸びてもとに戻ることは明らかです。