技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-1 解答・解説|自重による引張応力と破断条件

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令和7年度 技術士第一次試験 機械部門 専門科目 Ⅲ-1 問題文 天井から鉛直につり下げた丸棒が自重で破断しない長さの条件を求める問題
技術士一次試験 機械部門 令和7年 Ⅲ-1 解説 正答④ 自重による垂直応力が引張強さ未満となる条件から l<σB/(ρg) を導く

正答

④ l < σB/(ρg)

解き方のポイント

自重だけを荷重として扱う、材料力学の基本問題です。断面積が最後に消えることに気づけるかがポイントになります。

丸棒に働く引張力Pは、丸棒の自重そのものです。P=[体積]×[密度]×[重力加速度]=A・l×ρ×g と表せます。

破断しない条件は「自重による垂直応力σ<引張強さσB」です。σ=P/A=(A×l×ρ×g)/A=lρg となり、断面積Aが約分されて消えます

したがって lρg<σB、すなわち l<σB/(ρg) が条件です。選択肢に直径dが残っているものは、この約分に気づかなかった場合の誤答パターンです。

この問題で問われている知識

自重による応力/引張強さσB/垂直応力σ=P/A

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