床反力とは？読み方・意味・鉛直反力と水平反力・計算方法を解説

この記事の要点

床反力の読み方は「ゆかはんりょく」です。床反力とは、床に作用する力に対して、床が物体を押し返す反力のことです。

床反力には、鉛直方向に生じる鉛直反力と、水平方向に生じる水平反力があります。斜め方向の力が作用すると、床反力も鉛直成分と水平成分に分けて考えます。

床反力をきっかけに、反力・鉛直反力・水平反力の考え方を整理すると理解しやすいです。力の向きに応じて、反力を方向ごとの成分に分けて考えます。

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床反力の読み方は「ゆかはんりょく」です。床反力とは、床から受ける反力のことです。

私たちは日常的に建物の床を歩いています。このとき、足から床に作用する人の重さに対して床から足に反力が作用しています。

足から床に作用する力と床から足に作用する反力のイメージ

もちろん人の重さだけでなく、家具や建物を構成する部材の自重など、床に置いてある全ての物は床反力を受けます。

今回は床反力の読み方と意味、反力の計算、鉛直・水平方向との関係について説明します。

床反力の読み方と意味

床反力の読み方は「ゆかはんりょく」です。関係用語の読み方を下記に示します。

反力　⇒　はんりょく

鉛直反力　⇒　えんちょくはんりょく

水平反力　⇒　すいへいはんりょく

床反力とは床から受ける反力です。私たちは日常的に床の上を歩行し、物を置いています。

例えば、人が歩くときに人の重さが足から床に作用します。一方で、床から人の足に「反力」が生じるのです。これが床反力です。

反力の詳細は下記もご覧ください。

下図をみてください。床に鉛直方向の力10kNが作用する時、床反力を求めましょう。

床反力の計算

簡単ですよね。力と反力は釣り合うので（※床は十分な剛性を有しており変形しないと仮定）、力＝反力です。よって、床反力＝10kN（鉛直方向）になります。

下図のような斜め方向の外力が作用する時、床反力も「斜め方向」に生じます。一方で、外力は「鉛直成分、水平成分」に分解できます。

よって床反力も「鉛直反力」と「水平反力」が生じていることが分かります。

床に鉛直方向の力だけが作用する場合、床反力も鉛直方向に生じます。一方、斜め方向の力が作用する場合は、床反力も斜め方向となり、鉛直反力と水平反力に分けて考えます。構造力学では、このように力を方向ごとの成分に分解して整理します。

床反力の計算２

人は歩行する時、上図のように斜め方向に床を蹴ります。床を斜めにけることで、水平反力を受けます。

この水平反力により、前に進むことができるのです。鉛直方向に床を蹴るだけでは、足踏みをしてしまい前には進めません。

なお、床反力は歩行分析やスポーツ科学の分野でも扱われます。

なお、前述した「床に作用する力＝床反力」の関係は、床が十分かたい（剛性を持つ）場合に成立します。

例えば、トランポリンの上では上手く歩けません。これは、トランポリンが人の重さで「変形するから」です。

外力による変形が大きいと、外力＝反力という関係は成立しません。

支点のバネという考え方を理解する必要があります。詳細は下記が参考になります。

混同しやすい用語

鉛直反力

床から鉛直（上下）方向に生じる反力で、人の体重や家具の重量など重力方向の荷重に対して床が返す力。

水平反力が水平（横）方向の力への反応であるのに対して、鉛直反力は重力方向の力への反応であり、斜め外力の場合は両者が同時に生じる。

水平反力

床から水平方向に生じる反力で、床に水平方向の力が作用するときに生じます。

鉛直反力が上下方向の力に対する反力であるのに対して、水平反力は横方向の力に対する反力です。斜め方向の力が作用する場合は、鉛直反力と水平反力を分けて考えます。

床反力を整理した表を示します。