断面二次モーメントの導出

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ここでは、基本的な3つの図形の断面2次モーメントを求めながら、計算方法を覚えていきましょう。

四角形の断面2次モーメント

以下の図で考えてみます。

四角形の断面2次モーメントを解く方法

四角形の真ん中をx軸が通っているとします。

X軸に対して、断面2次モーメントを求めてみましょう。

四角形の断面2次モーメントの導出方法、計算式

このように四角形の断面2次モーメントが求められました。

三角形の断面2次モーメント

三角形も同じです。以下の図で考えてみましょう。

三角形の断面2次モーメントを解く方法

この場合のdAはy軸からの距離によって面積が変わりますね。

ここに注意して解いてみましょう。

三角形の断面2次モーメントの導出方法、計算式

円の断面2次モーメント

円は少し複雑です。以下の図で考えてみましょう。

円の断面2次モーメントを解く方法

この場合、そのまま計算するとややこしいので、yを半径rと三角関数を使って表します。

円の断面2次モーメントの導出方法、計算式

x軸に対する断面2次モーメントが分かれば、底辺と高さを入れ替えて覚えよう

ここまで、x軸に対する断面2次モーメントを計算してきました。

y軸に対する断面2次モーメントは高さと幅を入れ替えましょう。

では、一覧表を出しておきます。必要な時に見れるように保存しておいてくださいね。

基本的な図形の断面2次モーメント一覧表

平行軸の定理の導出

【公式】

以下の例を計算してみましょう。

軸から離れた断面2次モーメントの計算方法

つまり、図心からずれた断面2次モーメントは以下の式で計算できます。

(図心を通る断面2次モーメントの2乗)+(図心からのずれの2乗×面積)

【参考】図心の求め方

図心の求め方は断面1次モーメントを使います。

  • 断面1次モーメント\(=\) 図心\( \times \) 面積

つまり、断面1次モーメントを面積で割ったものが図心の位置になります。

図心の求め方や断面1次モーメントについては、『【断面一次モーメントとは】公式と図心の求め方をわかりやすく解説します』で詳しく解説しています。