過去問解説

ばねの振動|2017年 攻玉社中学校 大問3

ばねの振動(のび縮み)を理解しよう

中学受験では、ばねの長さに関する問題はいたるところで出題されます。受験する学校のレベルにかかわらず、必ず解けるようにしておかなければなりませんね。

一方で、中学以上の勉強ではばねの長さを聞かれることはあまりありません。そのかわりに重要となってくるのが、ばねののび縮みに関する問題(ばねの振動)です

ばねの振動は単振動とも呼ばれ、基本的な物理学の理解に欠かせない情報がたくさん含まれています。そのため大学受験で出題されることも多く、また大学以上の物理の学習でもしばしば出てきます。

2017年の攻玉社中学校の理科で、この「ばねの振動」に関する問題が出題されました。

問題 ばねに100gのおもりをつるしました。この状態から少しおもりをひっぱり、静かにはなしたところ、ばねは規則的な振動をしました。この振動が1往復する時間(周期)を4等分したとき、それぞれの時刻におけるおもりの位置を観察すると次図のようになりました。

問1 この振動について、おもりの速さが最も早いのはどの状態の時ですか。最も適当なものを、次の中から1つ選び、記号で答えなさい。
(あ)最ものびている状態
(い)最も縮んでいる状態
(う)(あ)と(い)の中間の状態

問2 この振動について、振動が1往復する時間を8等分した時、それぞれの時刻におけるおもりの位置を観察するとどのように変化しますか。(以下略)

解説動画

まずは、問1の解説動画から。

つづいて問2の解説です。

この問題のポイント

ばねの振動を理解する上で重要なのが、おもりの動く速さです。

解説動画でも説明したとおり、振動しているおもりの速さが最大となるのは、ばねの長さが自然長となっているときです。つまり、のびても縮んでもいない、普通の長さになった「瞬間」の速度が最も速くなっています。

逆に、ばねがのびきっているときや、最も縮んでいるとき、おもりは動いていません。速度はゼロです。

このことを踏まえて問題を見れば、問1も問2も解答できると思います。

ばねの振動は物理学を学習する上で、とても重要な内容です。中学受験で聞かれることはあまりないかもしれませんが、物理学的な意味を考えると今後も難関校で出題される可能性は高いでしょう。

びよーん・びよーん、とのび縮みしているばねの様子を思い浮かべながら、イメージとして記憶しておくと良いと思います。