【単振動】復元力の反作用はどこに？

質問

例えばバネの単振動を考える時、最初の一回は手でバネを引いて、バネの復元力と手の力が作用反作用の関係にあるんだと思いますが、

手を離した後、２回目以降の振動に於いて、変位に比例する復元力に対して、反対のベクトルの力はどこに働いているのでしょうか？
特に、波の媒質が振動する時、なんで単振動できるのかが気になります

回答No.3

foomufoomu

もうひとつ、力の作用する部分があるのを忘れていますよ。
バネの、手で引いている側とは反対側＝地面などに固定されている部分です。
2回目以降の振動でも、反力は地面などに生じています。

＞特に、波の媒質が振動する時、なんで単振動できるのかが気になります
空気中(音波)や水面の波でしょうか？
この場合は、媒質全体がバネであると同時に質量でもあるので、
まず、少し離れたところに反力が生じ、さらにそれがもっと離れたところに反力伝わり、と次々と伝わるのですが、そのたびに遅れが生じ、一方、最初の点は反力によって逆方向に動かされるので、やがてとまる。ということで、波が遠くへと伝わっていきます。

回答No.2

BookerL

＞バネの単振動

とありますが、ばねについた物体の単振動を指すと取っていいでしょうか。別の物体はついておらず、ばねだけが振動している、という運動もありますが、一般的ではないと思います。

＞バネの復元力と手の力が作用反作用の関係にあるんだと思います

　「手の力」という言葉があいまいですが、始めに書いたように、ばねについた物体の単振動を考えているとすれば、「手が物体を引く力」ということでしょう。

　このとき物体にはたらく力は、ばねの弾性力（復元力）と、手が引く力の二つです。（ここでは重力は考えていませんが、重力を入れても本質は変わりません）そしてこの二つのの力は「作用反作用」ではなく「つりあい」の関係にある力です。

　手が引っ張っている間は、ばねの力とつりあっているので、物体は静止しています。手を放せばばねの力だけになり、単振動を始めます。

＞２回目以降の振動に於いて、変位に比例する復元力に対して、反対のベクトルの力はどこに働いているのでしょうか

　２回目というより、手を放したあとのことをいっているのだと思いますが、「反対のベクトルの力」とは何のことかよくわかりません。ばねの復元力だけで単振動が続きます。というか、復元力のみによる運動が単振動で、他の力は働いていません。

　質問の表題にあるように、ばねが物体に加えている復元力の反作用が何か、ということが質問の趣旨であれば、それは「物体がばねを引く力」です。
　ＡがＢに加える力の反作用は、常にＢがＡに加える力です。

　それとも「反作用」といわず、「反対のベクトルの力」といっているのは、何か他のことをおっしゃっているのでしょうか。

回答No.1

yokkun831

作用反作用の関係とつりあいの関係を混同されています。

>バネの復元力と手の力が作用反作用の関係にあるんだと思いますが、

バネを直接手で引くとき，
バネの復元力＝手がバネから引かれる力
と
バネが手から引かれる力
とは，間違いなく作用反作用の関係にあります。バネと手の立場の逆転がポイントです。

一方，おもりを手で引いているとき
バネの復元力＝おもりがバネから引かれる力
と
おもりが手から引かれる力
とは，作用反作用の関係にはなく，つり合い関係にある２力です。どちらもおもりが受ける力であることがポイントです。

おもりが振動しているとき，

おもりがバネから引かれる力
と
バネがおもりから引かれる力
とは作用反作用ですから，つねに存在しています。しかし，バネがおもりから引かれる力はバネの運動に関る力であって，おもりの運動には何の関係もありませんね？

一方，おもりが手から引かれる力はないので，おもりのつりあいは破れています。もちろんつりあっていないからこそ振動しているのであり，そこに何も矛盾はありません。