紙で作った橋の強さ実験ー[理科実験・テーマ]

飛行機には乗ったことがありますか？ 空を飛ぶために機体を少しでも軽くしようと床や壁の素材に工夫がされています。それは板を細かく蜂の巣のように作り上げています。こうすると、軽くても強度の出る仕組みになるのです。たった1枚のダンボールでも、折り曲げることで、車1台を通すことが出来るような強さの橋にするこができるそうです。

折り方を変更したり、折り曲げることで形状を変化させることで、強くなったり弱くなったりするのです。そこで、大きさも紙の質も同じ官製ハガキを使用して、橋をつくりながら、どのように折り曲げると強度がでるかを実験してみましょう。

1枚の官製ハガキをいろいろ折り曲げて橋の強さを実験しよう

準備するもの

• 1．官製ハガキ（※折り曲げて橋をつくるために必要）。
• 2．橋げたの代用品（※例：同じ大きさの参考書を2冊など）。
• 3．はかり（※重量を計測する）。
• 4．重りになるもの（※10円玉、乾電池、缶詰、石、ホイルバランスなど）。

研究（実験）方法

• 1．橋げたをつくります。橋となる官製ハガキを支えることが出来ればよいので、たとえば同じ高さの辞書や参考書を2冊用意し、10cm程度話して並べます。これで橋げたが出来ました。
• 2．さまざまな折り方をした官製ハガキを、作った橋げたにかけて、その上に重りを乗せていき、粒照れた時点の重量を、はかりで計測し、ノートに記録していきます。
• 3．折り曲げ方の例を下のリストで確認下さい。また、このリストの他にも折り曲げ方があるか探ってみるのも良いでしょう。
• 　・折り曲げずにそのまま
• 　・縦半分に折り曲げる
• 　・半円形に曲げる
• 　・正三角形の形状にする
• 　・長方形の形状にする
• 　・正方形の形状にする
• 　・先端（両方）を1cm曲げる
• 　・先端（両方）を2cm曲げる
• 　・先端（両方）を3cm曲げる
• 　・先端（両方）を1cmずつ2回曲げる
• 　・山を2つ作る
• 　・山を3つ作る
• 　・山を4つ作る
• 　・山を5つ作る
• 　・1cm幅の箱おりにする

今回の研究（実験）の結果と予想

※参考程度にご覧下さい。実際に研究してみて、ここと違う結果が出ても失敗とは限りません。また、使用している材料も急遽用意して研究（実験）しているケースもあります。

• 1．折り曲げずにそのままの状態で重りをおいたところ、50gでつぶれました。
• 2．若干丸みをつけるだけで85gの重さまで耐えることが出来ました。
• 3．先端（両方）を1cm曲げただけで、そのままの状態に比べ約6倍近い280gの重さに耐えることが出来たのは驚きました。以前、ビルの建築現場を見かけたときに、「コ」の字型の鉄骨が多く使われていましたが、ちょっと形状を変えるだけでこんなにも強度が増加するのですね。
• 4．山形に折り曲げても強度が増すことがわかりました。山を5つ作ったときは約2kgの重さに耐えることが出来のです。ダンボールの上の紙を剥がしてみたとき、その中身は山をいくつも作った感じの、波形した紙が入っているのですが、ダンボールが強い理由がわかりますね。
• 5．一方で、予想に反してもたなかったのが、正方形や長方形の形状にした筒状のものです。斜めにつぶれたり、横にずれたりなど、もろかったです。

今回の研究（実験）のまとめ

この実験を行っているとき、重りを徐々に増やしていきつぶれるかつぶれないかを見守っているときのドキドキ感がとても楽しかったです。

このあと、官製ハガキを2枚重ねにして同じように折り曲げて実験してみました。結果、折り曲げなかったときや半分に折り曲げた場合の強度は、1枚の場合と比較すると2倍の重量に耐えることが出来ました。正方形、長方形、正三角形の場合は2倍ほどではありませんが、30〜50gプラスの重量に耐えることが出来ました。山を作った場合も2倍ほどではありませんが、100〜200gプラスの重量に耐えることが出来ました。

予想では全て2倍になると思いましたが、紙が2枚になったからといって全てが2倍になるとは限らないということがわかりました。