「断面二次モーメント」と「曲げモーメント」の違いとは？中学生でもわかる構造力学の基礎解説

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断面二次モーメントとは何か？

まずは断面二次モーメントについて説明します。断面二次モーメントとは、物体の断面形状がどのように曲げに抵抗する力を持っているかを表す数値です。

例えば、梁（はり）が曲がったとき、その変形の大きさは断面の形によって変わります。断面二次モーメントが大きいと、同じ力がかかっても曲がりにくいのです。

具体的には断面の各部分が中心軸からどれだけ離れているかを数値化していて、断面の形や大きさによって決まります。例えば、I型鋼のように材料が外側に集中している断面は、断面二次モーメントが大きくなりやすく、曲がりにくい構造となります。

断面二次モーメントの単位は「mm^4」や「cm^4」などで表されます。以下の表で簡単にまとめてみましょう。

able border="1">用語意味特徴単位断面二次モーメント断面の曲げに対する抵抗力の大きさ断面の形状で変わり、大きいほど曲げに強いmm^4、cm^4など

曲げモーメントとは何か？

曲げモーメントとは、梁やバーにかかる力が曲げを生じさせる大きさを表す物理量のことです。

例えば、手で棒の真ん中を押すと棒が曲がります。この押す力によって棒が曲がるような力のことを曲げモーメントといいます。単位は「N・m（ニュートンメートル）」で表されます。

曲げモーメントは、力の大きさと力がかかる場所までの距離によって決まり、力点が遠ければ遠いほど大きな曲げモーメントになります。

曲げモーメントによって、内部の材料には引張（ちょう）力や圧縮（あっしゅく）力が発生し、この力が大きすぎると部材が壊れる原因になります。

以下の表でまとめるとわかりやすいです。

ble border="1">用語意味特徴単位曲げモーメント物体を曲げようとする力の大きさ力×距離の積で、力が遠くにかかるほど大きいN・m

断面二次モーメントと曲げモーメントの違いをわかりやすく解説

ここまで説明した通り、断面二次モーメントと曲げモーメントは似ている言葉ですが、全く違うものです。

断面二次モーメントは形の特徴を表す数値で、曲げモーメントは力の大きさを表す量です。

例えるなら、

• 断面二次モーメント＝車のボディの強さや形状
• 曲げモーメント＝車に衝突するときの力の強さ

というイメージに近いです。

構造物の曲げに対する強さを考えるとき、断面二次モーメントが大きい断面ほど、同じ曲げモーメントでも曲がりにくいということになります。

わかりやすい例を表にまとめてみました。

用語	説明	役割	単位
断面二次モーメント	断面形状の曲げ抵抗の強さ	物体がどのくらい曲がりにくいかを決める	mm^4、cm^4
曲げモーメント	曲げようとする力の大きさ	どれくらいの力がかかって曲げようとしているか	N・m

このように、断面二次モーメントは物体の性質であり、曲げモーメントは外からかかる力の性質です。

構造の設計や強度計算の際には、この２つをそれぞれ理解することがとても大切です。

ピックアップ解説

断面二次モーメントという言葉を聞くと難しそうに感じますが、実は身近な例でもイメージできます。例えば、ノートパソコンのヒンジ部分は薄くて細いですが、曲げに強い形状になっています。これは断面二次モーメントが高くなるように工夫されているためです。つまり、材料の形や配置次第で強度は大きく変わるんですよ。こう考えると、断面二次モーメントはただの計算上の数値だけでなく、実際の物づくりに大切な「形の工夫」を示す指標なんだなと感じることができますね。

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