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釣り合いとは?1分でわかる意味、計算、物理との関係、モーメントの関係

釣り合いとは、均衡を保つこと、バランスすることを意味します。物理や、構造力学で使う用語です。複数の力に対して、部材の応力が均衡するさまを、「釣り合う」ともいいます。今回は、釣り合いの意味、計算、物理との関係、モーメントとの関係について説明します。※今回の記事は、「モーメント」の意味を理解すると、よりスムーズに読めます。下記の記事が参考になります。

力のモーメントってなに?本当にわかるモーメントの意味と計算方法

釣り合いとは?

釣り合いとは、均衡を保つ、バランスすることです。物理や構造力学で「力の釣り合い」を考えます。力の釣り合いの例として、下図をみてください。机に外力が作用します。机の脚に、その反力が生じます。外力と反力が釣り合うことで、机は「静止」します。

力のつり合い

※外力と反力の意味は、下記の記事が参考になります。

外力のモデル、外力の種類とは?

反力ってなに?反力の求め方と支点反力


綱引きを思い出してください。綱を引いて互いの力が全く同じなら、綱が動くことは無いでしょう。これも、力のつり合いです。

釣り合いと綱引き

最後の例が、「シーソー」です。重い方が下がり、軽い方が上がる仕組みですが、全く同じ重量なら、シーソーは中央でバランスします。

釣り合いとシーソー

私たちの身の回りには、沢山の建物があります。普段の生活で、建物が崩れたり、突然傾くことは無いですよね。これは、建物に作用する外力と反力が釣り合っているからです。


建物は崩れることが無いよう構造計算をします。力のつり合いを考えるのも、その1つです。

釣り合いと物理の関係

物理における「釣り合い」は、「力の釣り合い」を意味します。

釣り合いとモーメントの関係、計算

下図をみてください。3つの力は釣り合います。力が釣り合う状態では、その構造物が崩壊することは無いです。

釣り合いとモーメント

上図では、左側の力が30kN、右側が10kNです。左端から1.0mの位置に40kNの力が作用します。全体の長さは4.0mです。


力が釣り合う状態では、「モーメント」が釣り合います。モーメントは、「力×距離」で計算します。モーメントの意味、詳細な計算法は下記の記事が参考になります。

力のモーメントってなに?本当にわかるモーメントの意味と計算方法


例題の、モーメントの値は下記です。


左端の外力によるモーメント 30kN×1.0m=30kNm

右端の外力によるモーメント 10kN×3.0m=30kNm


左端と右端の外力によるモーメントが釣り合います。バランスした構造物といえますね。


もし、外力の大きさが左右で反転したらどうでしょうか。


左端の外力によるモーメント 10kN×1.0m=10kNm

右端の外力によるモーメント 30kN×3.0m=90kNm


となり、モーメントが釣り合いません。モーメントが釣り合わないと、構造物は回転し崩壊します。


また、綱引きのように同じ作用線上にある外力の大きさが異なる場合、力の大きい方に移動(変形)します。

綱引き 釣り合い

「つり合い」とは、バランスすることです。釣り合いが崩れると、変形が起きると覚えてくださいね。

まとめ

今回は釣り合いについて説明しました。意味が理解頂けたと思います。物理や構造力学では、力の釣り合いを意味します。外力と反力、外力と応力、モーメントのつり合いを理解してくださいね。まずは、モーメントの意味、計算法を覚えましょう。下記の記事が参考になります。

力のモーメントってなに?本当にわかるモーメントの意味と計算方法


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