こんにちは、けいタンです。
今回はアーチ形の橋に関する疑問について紹介していきます。
今回のテーマについて
もともと橋というものは昔から作られていて、今現在でも数多く残っています。
そして橋には様々な種類のものがありますが、その中の1つであるアーチ形の橋は、
これといった支えがないようにも見えますよね。
そこで今回は、
「支えがないようにも見えるアーチ形の橋はなぜ崩れないのか？」
というテーマについて考えていきたいと思います。
・合わせて読みたい前回の関連記事：マグヌス効果～変化球はどうして曲がるのか～042（科学⑨） – (keitan-zatsugaku.com)
↑野球投手が投げる変化球の曲がる仕組みがここから分かります！
ではまずは、結論から始めていきます。
この疑問に対する解答
アーチ形の橋はなぜ崩れないのか？という疑問に対する結論は、
アーチ形の橋を構成している台形の断面の石が、お互いを支えあい、作用と反作用がはたらき合うから
ということになります。
「台形の断面の石が、お互いを支えあい、作用と反作用がはたらき合う」
と言われてもなかなか理解が難しいと思いますので、
ここからはいつも通り、一つひとつずつ解説していきます。
アーチ形の橋の石の断面は台形
先ほどの疑問に対する解答のところでも言いましたが、
アーチ形の橋が崩れない大きな1つの要因として、
構成している石をよく見てみると、石の断面が台形であることが分かりますね。
そうなんです！この台形がポイントなのです！
石同士による重力の分解
どういうことかというと、地球上のあらゆる物体には重力がはたらきますよね。
もちろん、アーチ形の橋を構成している石にも重力がはたらくので、
石は下へ落ちようとするのです。
ですが、両脇の石も台形であるため、落ちようとする力（重力）が分散するのです。
つまり重力が、両脇の石を押す力AとBに分解されるのです。
今回もですね一応、手書きの参考の図を貼っておきます。
参考程度で確認してみてください。
作用・反作用について
押すことを、物理の言葉では「作用」といい、
逆に押し返されることを「反作用」といいます。
作用・反作用については過去にも1度、取り上げたことがあります。
そのときのテーマは「なぜスキージャンプはうまく着地できるのか？」というものでした。
まだ見ていない方や作用・反作用についてあまり詳しくない方は、
下のリンクからチェックすることをおススメします！
こちらのスキージャンプのテーマの方が今回のアーチ形の橋というテーマよりも
比較的馴染みやすく分かりやすい記事だと思います。（北京五輪もありましたし…）
※今すぐ見るべき関連記事：反作用～なぜスキージャンプはうまく着地できるのか～026（科学⑥） – (keitan-zatsugaku.com)
↑あんなに高いところから落ちて衝撃は大丈夫なの？！
うまく着地できる科学的な理由を知っておこう！！
アーチ形の橋と作用・反作用
おっと、話がそれてしまいましたね。
アーチ形の橋では、1個の石が両脇の石を押すこと（作用する）で反作用を受けます。
そしてこの反作用で自重を支えるのです。
それぞれの石が両脇の石を押し合って最終的には、
両脇の地面が石橋を支えるということになります。
石は反作用による圧縮力に強く、変形しにくいので、
アーチ形の構造では、石の重みが均等に両端に伝わり、
なおかつ石自体の重さで各パーツがはまって支え合うことで、
アーチ形の橋は崩れにくく安定するのです。
アーチ形の橋の応用
何となく予想がつくと思いますが、アーチ形の橋の構造は現代でも用いられています。
その代表例の１つがトンネルです。
トンネルの形もアーチ形になっていますよね。
すなわち、橋と同じように、
上からの重み（重力）を両脇へうまく逃がすことによって、
崩れることなく安定しているのです。
まとめ～両脇の石から反作用を受けて支えられている！
どうだったでしょうか。
理屈はそこまで難しくないとは思いますが、この理屈を知っている方はおそらく少ないと思います。
なので、今回のことは是非、友達や家族に自慢してみてください！
いいアウトプットになります。
では今回もいつも通り、まとめをして終わりにしましょう。
- 橋を構成している石の断面が台形であることで、両脇の石も台形であるため、落ちようとする力が分散する。
- それぞれの石が両脇の石を押し合って最終的には、両脇の地面が石橋を支える。
- アーチ形の構造では、石の重みが均等に両端に伝わり、なおかつ石自体の重さで各パーツがはまって支え合うことで、アーチ形の橋は崩れにくく安定する。
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では今日はここまでです。最後までご覧くださりありがとうございました。
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また明日お会いしましょう。けいタン
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