H形鋼はなぜ強い？ ガリレオが見つけた「梁の高さの法則」をレゴでわかりやすく説明してみた

今回紹介するのは、ニコニコ動画に投稿された『【材料力学】H形鋼はなぜ強い？―ガリレオが見つけた梁の法則』というむにむにさんの動画です。

投稿者メッセージ（動画説明文より）

LEGOを使った実験で、H形鋼（Iビーム）がなぜ効率的に強いのかを検証する。
梁（はり）の強さに関してガリレオが発見した「高さ」の法則と、橋や骨にも共通する合理的な形状の秘密を、材料力学の視点から解説。



ビルや橋などの大型建築物に使われている「H形鋼」は、なぜ強いのでしょうか。その理由を、レゴを使った実験を通して解説する動画が投稿されています。

動画では、まずシンプルな「梁（水平な部材）」を使って実験します。中央に重りを載せて、どこまで耐えられるかを試します。

重り1個では耐えられましたが、2個では真っ二つに折れて壊れてしまいました。

次に、梁を2枚にして実験します。すると、重り2つでも耐えられるようになりました。しかし、3つにすると耐えきれず、真ん中から折れて壊れてしまいました。

続いて、梁の高さを倍にしてみます。すると重り4つでも耐えることができました。

断面が長方形の場合、梁の強さは「幅 × 高さの二乗」に比例します。1つ目を幅4・高さ1とすると強さは4、2つ目は8、3つ目は16になります。つまり、3つ目が一番強いということになります。

さらに、ブロックの向きを変えて幅2・高さ4にすると、より強くなります。

高さが強さに影響することは、ガリレオの時代から知られていました。しかし、高さを増すと材料が多くなり重くなってしまいます。

レゴで再現した梁を横から見てみましょう。たわんだときに上には縮む力、下には伸びる力が働くことがわかります。一方、真ん中にはあまり力がかかりません。

そこで力のかかる上下に材料を寄せたのがH形鋼です。同じ重さ（断面積）でも強くなります。ちなみに箱型にすると横方向の曲げにも強くなります。

材料力学の知識が、レゴの実験があることでよりわかりやすく説明されています。興味を持った方はぜひ動画も視聴してみてください。

視聴者コメント

なるほど
ためになりました
材力の初歩として完成度高い
分かりやすくて面白かった
勉強になりました。

文／高橋ホイコ

▼動画はこちらから視聴できます▼

『【材料力学】H形鋼はなぜ強い？―ガリレオが見つけた梁の法則』
https://www.nicovideo.jp/watch/sm45582160

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