「強い」「強そう」と感じる構造物はどんな特徴があるのでしょうか?そしてそれらが耐えることのできる「重さ」と「力」はどのように構造物にかかるのでしょうか?構造と力の探究が始まります!

[2年生]T2-1

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"> 重さと力はどうつながっているんだろう? – 東京コミュニティスクール

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重さと力はどうつながっているんだろう?

タイトル:築きに気づく
探究領域:万象究理
セントラルアイディア:『構造よく力を制す』

[2年生]

 「強い建物」と聞いてどんなものを思い浮かべるでしょうか?
・壁が厚い
・横長になっている
・硬い
・重い

「がっちりしていそう」な建物は、どちらかといえば、「背が高い」よりも「背が低い」ほうが安定していそうな印象を受けます。
例えば、
・三角形をかたどっている建物は、下の方が広くなっていて「転がりにくそう」
・建物以外にも飛行機は重力に逆らうから強い
・縦長のビルは地震に弱い
など、いろいろな力と構造物についての話は膨らんでゆきます。

その中で特に話題になったのは「重さ」と「力」です。
建物、つまり構造物はこの「重力」にまずは打ち勝つこと、
そして、例えば「風の力」、「地震の力(揺れ)」にも耐えることが重要であるという話になりました。

では、「重さ」はどのような「力」になって橋にかかるのでしょうか。
ストローと1円玉を使ってどのように「力」がかかるかを実験しながら観察してゆきます。
ストローの本数が増えるに従って耐えられる「力」の大きさの変化を捉えます
ストロー2本を材料とした一本橋、ストロー4本を材料として長い橋桁を2本並べた二本橋、ストロー6本を材料として長い橋桁を3本並べた三本橋をつかってそれぞれ何グラムに耐えるか、予想して実験してみました。
枚数を数えながら一円玉をカゴに乗せて行くと。。。
2016_T2_G2_structure_W1_01.jpg
2016_T2_G2_structure_W1_02.jpg

「落ちそう!」
2016_T2_G2_structure_W1_03.jpg
こんなにも曲がってしまいました。
橋にかかっている力と橋が地面と接している面にかかっている力、それぞれどうなっているかよーく観察して行きます。
まっすぐのストローと比べると「重り」の「下向きの力」がかかることによって、こんなにも曲がってしまいます。
おもりが地面についてしまったら、耐えた枚数まで、のっているおもりの一円玉を数えて「グラム」に変換します。
2016_T2_G2_structure_W1_04.jpg
結果は、下記のようになりました!

橋の形 材料 耐えた重さ ストロー1本あたり
耐えた重さ
一本橋 ストロー2本 87g 43.5g
二本橋 ストロー4本 176g 44g
三本橋 ストロー6本 260g 43.3g

そしてさっそく「一本あたりの耐えた重さ」に直して表にまとめました。

誤差はあるものの、見事に、1:2:3になっていることがわかります。
では、二本橋、三本橋、四本橋まではいいのですが、
本当にもっと耐えることはできないのでしょうか?

さらに、こういった単純な橋の作りは、キッズ達も「開拓キャンプ」では、
丸太を使った橋、として見てきているはずではありますが
世の中には様々な形の橋があるのはなぜなのでしょうか?
なぜ、重い車や電車を通す橋はシンプルな作りをしていないものが多いのでしょうか?

来週は身の回りにあって、私たちの生活を支える「構築物」のつくりをよく観察し、
考えてまいりたいと思います。

TY

TCS2016年度探究テーマ一覧は、こちらよりご覧ください。

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