トンネルは、なぜ丸いのか。

質問

トンネルは、なぜ丸いのか。
なぜ、丸いトンネルが多いのか。
線形に、沿って掘ることが出来るのはなぜか。
を、小学生低学年でも分かるような題材、模型
を用意することになってのですがいいアイデア
が浮かばず困ってます。
子供が、食いついて聞いてくれるような面白い
ものないでしょうか?
宜しくお願いします。

回答No.6

fujic-1990

小学生低学年に面白いかどうかは判断が付きませんが、手回しドリルかインパクトドライバーのヘッドをドリルに交換して、板に穴を開けて見せれば、トンネルが丸い理屈はすぐ理解できると思います。

　ドリルで開く穴にもともとあった木は、ドリルを回すごとにドリルの溝に沿ってドンドン手前側に押し出されてきます。「トンネルを掘ると、中の土もこんなふうに外へ出て来るんだ」とでも言えばいいと思います。

　丸いままだと傾いて車が通れません、歩くのにも不便ですから、下側（底）に土をいれてタイラにします。それが、いわゆる「トンネル」です。

　つまり、我々がトンネルの中で歩いたり、車に乗って走っている地面は、余所から持ってきた土やアスファルトです。

> 線形に、沿って掘ることが出来るのはなぜか。

　「線形に沿って掘る」という言葉の意味がわかりませんが、ドリルで開けた穴はまっすぐ（直線）になってしまいます。曲線にするほうが難しいです。

　例えばま横からみると　＼＿＿＿＿／　のように見えるトンネルの説明をしたいのであれば、あらかじめ　＼　や　／、＿＿＿　に穴を開けた板を用意して穴の半分が見えるように２つに割って、それを（蟻の巣の中の道のように）組み合わせて見せるのがいいと思います。

補足

線形というのは、道なりに沿って掘ると
いう意味です。
道は、まっすぐではないので…

回答No.5

69015802

今は大きなトンネルは回転式掘削機によるシールド工法が多いので必然的に丸型になります。昔は圧縮強度（周囲からの地圧に対して）の関係で馬蹄形や陸上のトラックを半分にして様な形が多かったですね。
掘り進んでいくのに今はレーザー光を用いて確認しながら進んでいくので長大トンネルを掘ってもずれはほぼゼロです。昔は工学的な測量（高校の土木の実習なんかで三脚を立ててレンズを覗いているあれです）だったので長いトンネルを両側から掘り進めば10㎝ぐらいのずれは普通にあったみたいですけど。
トンネルの断面形状はある意味石橋を積んでいるのと同じなので角形だと崩れ落ちるけれど半円形だと石の自重で支えることができるのでそういう風に説明すればどうですかね。

回答No.4

x-dai-x

小学生向けなら、スーパーで売ってる卵のパックなどは？
丸が強い理由を実体験しやすいかなーと思います。

ただ、丸い形が外部の圧力に対して強い事ではなく、トンネルのみとなると難しいですね。
線形掘れる理由にもなりませんし。

小学生なら、丸が強い理由よりも、丸が強いっていう実験を通して体験させた方がいいのかなーと思います。

卵のパックなら実生活にも役立ちますし、なぜ丸いかってのを理論ではなく体験で学べるのではないかな？と感じました。

私は教育者でも物理学者でもないので、的外れな回答だったらすみませんが、小学校低学年相手との事なので、身近な事で実体験したほうがいいかなーと思い回答させて頂きました。

補足

卵パックは、新しい発想ですね。
でも、実際どのようにしたら良いのか
検討が、つきません…

具体的な方法を、教えて下さい。

宜しくお願いします。

回答No.3

kimamaoyaji

力学的な問題で周りからの圧力に対して全てに均等に圧力がかかるのが丸の円形です、つまりウイークポイントが少ないから丈夫だと言えます、但しトンネルは丸だけではありません。
現代はトンネルの掘削マシーン（シールドマシーン）は刃を回転させて地面を削り取っていくわけですから、当然円形になります、またほった穴の後施工も丸型だとパネルをはめるだけで十分な強度が出ます。
トンネルマーシーンはレーザー測量によるレーザー誘導なので当然線形になりますし、そもそもそうでないと使い勝手の悪いトンネルになります。
シールド工法
https://www.youtube.com/watch?v=qBihbM14zwE
実際のシールドマシーン
https://www.youtube.com/watch?v=ZSFvkqkSVmU
https://www.water.city.nagoya.jp/category/nagoyatyuou_kensetsu/142022.html
https://youtu.be/6W3I0fJ75HM
箱型トンネルの作り方
https://www.youtube.com/watch?v=b0HamRgY9sM

補足

そうですね、シールドマシーンです。
円形ですね。

で、なんで線形に掘っていけるのかが
詳しく知りたいです。

回答No.2

HAL2（@HALTWO）

「国際救助隊 Thunderbirds （サンダーバード) 」という英国の人形劇 TV Drama を御存知ありませんか(^^;)。……検索すると沢山出てきますよ(^_^)/。

https://www.youtube.com/watch?v=QvrAQOasmAE&ab_channel=moviecollectionjp

この作品に出てくる Thunderbird 2 号が Pod に収めて輸送する機器の中には The Mole (日本語訳はモグラーまたはジェットモグラ) というものがありまして、Rocket みたいな円筒形胴体の先端に巨大な削岩 Drill が Jet Engine で回される構造になっており、この SF (Science Fiction：空想科学) 機器は疾うの昔に実現されていて、現代でも Tunnel 掘りに用いられています。

私が子供の頃は Thunderbirds TV 番組を喰い付くように観ていたもので、御気に入りだった Thunderbird 2 号のプラモデル (モグラー入り) も作って遊んだものです(^^;)。

まぁ機械モグラですから丸い孔を真っ直ぐにも上下左右に曲がりくねったりさせても掘り進んで行きます……この手の機械は 20 世紀前半からあったみたいですね。

巨大 Drill で丸い孔を開けて行く後方では鉄筋 Concrete で孔の周囲を固める機器類が次々と Concrete の壁を作って行きますので、最早、Tunnel は落盤事故など起こさず、しっかりとした Tunnel が出来上がります……Drill が進む速度って 1 日数m ほどらしいですが、それでも流れ作業で 1ヶ月もすれば長さ 100m 以上の立派な Tunnel が出来てしまうわけですね。

私が住む横浜市では相模鉄道線が西谷駅から新川崎まで数年掛けて (正確には鶴見駅まで) 長〜い Tunnel を掘って橫須賀線への乗り入れを果たしましたが (今は日吉駅へと掘り進んでいます)、数カ所から同時に巨大 Drill 車を動かしていたようで、数年で出来てしまいましたね。

まぁ本物はモグラーみたいな如何にも Drill というものではなく、下 URL の「モグるん」なのですが(笑)。

https://www.kanaloco.jp/news/life/article-269128.html

子供達に素敵な夢を(^_^)/

補足

そう、そのもぐるんは、なんで線形に沿って穴を掘ることが出来るのでしょうか?

また、セグメントが左右非対称であることが組み立て
理解出来るようなものも探しています。
子供向けイベントで、よく配られているクラフトです。
こういうふうにすればいいんじゃないかと言うのが
あれば教えて下さい。

回答No.1

iyonohanamuko

工法によって違いがあるからです。
といっても面白みがないですね。
実際に砂場で四角に掘る方法と丸く掘る方法と試してみると良いのではないでしょうか？
どちらが簡単に掘れるか。崩れにくいか。

また、以下ページが参考になりますでしょうか？
https://www.nhk.or.jp/radio/kodomoqmagazine/detail/20200403_03.html

http://www.anc-tv.ne.jp/~loschild/tunnelFAQ/katachi.htm