重力・質量・ばねの伸び（フックの法則）
地球上のすべての物体に重力がはたらきます。ばねを使うと、重さ(力)の大きさを目に見える形で測れます。
基本知識
重力は地球が物体を地球の中心方向に引く力で、物体の質量に比例します。
地球上では、質量 m [kg] の物体にはたらく重力は約 W = 9.8m [N] (中学では W ≒ 10m [N] と近似することも多い)。
つまり、質量100g = 0.1kg の物体には約 1N の重力がはたらきます。
ばねの伸びは加えた力に比例します。これをフックの法則といい、F = kx ( k:ばね定数、x:伸び ) で表せます。「2倍の力なら2倍伸びる」「3倍なら3倍伸びる」という関係です。
ばねばかりはこの性質を利用して力(重さ)を測る道具です。
📘 重要用語
重力（地球が物体を引く力。地球の中心方向）
質量（物体そのものの量。単位は kg・g 。場所で変わらない）
重さ（その場所で物体にはたらく重力の大きさ。単位は N 。場所で変わる）
フックの法則（ばねの伸びは加えた力に比例: F = kx）
ばね定数 k（ばねの硬さを表す比例定数。単位 N/m や N/cm）
上皿てんびん（質量を比較する道具。重力に依存しない測定）
重力（地球が物体を引く力。地球の中心方向）
質量（物体そのものの量。単位は kg・g 。場所で変わらない）
重さ（その場所で物体にはたらく重力の大きさ。単位は N 。場所で変わる）
フックの法則（ばねの伸びは加えた力に比例: F = kx）
ばね定数 k（ばねの硬さを表す比例定数。単位 N/m や N/cm）
上皿てんびん（質量を比較する道具。重力に依存しない測定）
深掘り (背景・意義)
質量と重さの違いは特に重要です。地球上で質量60kgの人は重さ約588N(60×9.8)ですが、月では重力が地球の約1/6のため重さが約98Nになります。しかし質量は変わらず60kgです。
上皿てんびんは左右の重力が同じく1/6になるため、月でも正しく質量を測れます。一方、ばねばかりは重力の大きさを直接測るので、月では1/6の値を示します。
フックの法則は1660年代にロバート・フックが発表しました。建物の柱の変形、自動車のサスペンション、機械の精密な力測定に使われ、現代工学の基礎です。ただし力をかけすぎる(弾性限度を超える)と比例関係が成り立たず、戻らなくなります(塑性変形)。
💡 ポイント
- 重力＝地球が物体を引く力 (中心方向)
- 質量(kg)＝物質の量。場所で不変
- 重さ(N)＝重力の大きさ。場所で変化
- 地球上: 1kg → 約9.8N (中学では約10N)
- 月の重力は地球の約1/6
- フックの法則: F = kx (伸びは力に比例)
- 上皿てんびんは月でも正しい(質量比較)
- ばねばかりは月では1/6 (重力測定)
注意点 (混同しやすい)
① 質量(kg)と重さ(N)を必ず区別。質量は物質の量、重さは引かれる力。② 月では重さは1/6だが質量は同じ。③ フックの法則は弾性限度内でのみ成り立つ。④ ばねの伸びは「ばねの自然長 → 伸びた長さ」ではなく「伸びた量」で考える。
練習
- 地球上で質量2kgの物体にはたらく重力は何Nか(9.8N/kgで計算)。
- ばねの伸びと力の関係を表す法則の名前を答えなさい。
- 月で物体の質量と重さはそれぞれ地球上と比べてどうなるか。