紙の形を変えると強さは変わるのか、実際に調べてみた

同じ紙をいろいろな形にして比べる

今回は、紙の形を変えると強さが変わるのかを実際に調べてみました。

紙はそのままだとやわらかく、すぐに曲がってしまいます。

しかし、折ったり丸めたりすると、思ったより重いものを支えられることがあります。

そこで、同じコピー用紙を使い、形だけを変えて、どれくらいの重さを支えられるかを比べました。

今回調べた紙の形

今回の実験では、次の5つの形を比べました。

番号	紙の形
A	平らな紙
B	半分に折った紙
C	じゃばら折りにした紙
D	筒の形にした紙
E	三角柱の形にした紙

紙はすべて同じコピー用紙を使いました。

形を作るときは、必要なところだけセロハンテープでとめました。

実験前の予想

実験前には、平らな紙が一番弱いと予想しました。

理由は、何もしない紙は中央がすぐに曲がってしまいそうだからです。

一番強いのは、筒の形か三角柱ではないかと考えました。

筒は丸い形で力を受けられそうです。

三角柱は、三角形が形を保ちやすそうなので、つぶれにくいのではないかと思いました。

実験の方法

まず、同じ高さの本を2冊用意しました。

本と本の間を約15cmあけて置き、その上に紙を橋のようにかけました。

次に、紙の中央に小さな紙皿をのせ、その上に10円玉を1枚ずつ置いていきました。

紙が大きく曲がって紙皿が落ちたとき、または形がつぶれて支えられなくなったときの10円玉の枚数を記録しました。

どの形でも、本の間の距離と、10円玉を置く場所は同じにしました。

A：平らな紙の結果

最初に、何も折らない平らな紙で試しました。

紙を本の間にかけると、それだけで少し中央が下がりました。

10円玉を1枚、2枚と置いていくと、中央がどんどん下がっていきました。

5枚をこえたあたりで、紙皿がすべり落ちそうになりました。

結果は、6枚で支えられなくなりました。

平らな紙は、予想通りあまり強くありませんでした。

B：半分に折った紙の結果

次に、同じ紙を半分に折って試しました。

平らな紙よりは、少ししっかりしているように見えました。

10円玉を置いていくと、中央は下がりましたが、平らな紙よりもゆっくり曲がりました。

結果は、11枚まで支えられました。

紙を一度折るだけでも、強さがかなり変わることがわかりました。

C：じゃばら折りの結果

次に、紙を山折りと谷折りでじゃばら状にしました。

見た目は小さな波のような形です。

本の間に置くと、平らな紙よりもずっとしっかりしていました。

10円玉を増やしても、中央が急に下がることはありませんでした。

結果は、24枚まで支えられました。

折り目がたくさんあることで、紙が曲がりにくくなったように見えました。

D：筒の形の結果

次に、紙を丸めて筒の形にしました。

筒が転がらないように、置き方に少し注意しました。

紙皿を上にのせると、最初は安定していました。

10円玉を置いていくと、筒全体で重さを受けているように見えました。

しかし、あるところで筒の一部がへこみ、形がくずれました。

結果は、28枚まで支えられました。

筒の形はかなり強いことがわかりました。

E：三角柱の結果

最後に、紙を三角柱の形にしました。

紙を三角形になるように折り、端をテープでとめました。

本の間に置くと、筒よりも転がりにくく、安定していました。

10円玉を置いても、形があまり変わりませんでした。

かなり重くなってから、三角形の一辺が少しへこみ、最後につぶれました。

結果は、31枚まで支えられました。

今回の実験では、三角柱が一番強いという結果になりました。

結果のまとめ

5つの形で支えられた10円玉の枚数をまとめると、次のようになりました。

紙の形	支えられた10円玉の枚数	結果
平らな紙	6枚	一番早く曲がった
半分に折った紙	11枚	平らな紙より強かった
じゃばら折り	24枚	折り目が支えになった
筒の形	28枚	重さを全体で受けた
三角柱	31枚	一番強かった

今回の実験では、同じ紙でも形を変えると、支えられる重さが大きく変わることがわかりました。

なぜ平らな紙は弱かったのか

平らな紙は、重さがかかると中央がすぐに下がりました。

紙が薄く、力を受けたときに曲がりやすいからだと考えられます。

平らな状態では、紙全体で重さを支えることが難しく、中央に力が集中しやすくなりました。

そのため、少ない枚数の10円玉でも支えられなくなりました。

じゃばら折りが強くなった理由

じゃばら折りにした紙は、平らな紙よりもずっと強くなりました。

山折りと谷折りの部分がたくさんあり、その折り目が支えのような働きをしたと考えられます。

段ボールの中にも波の形をした紙が入っています。

今回のじゃばら折りは、それに少し似ていると感じました。

紙を波形にすることで、曲がりにくくなることがわかりました。

筒や三角柱が強かった理由

筒の形や三角柱の形は、かなり重い10円玉まで支えました。

筒は丸い形なので、重さを一か所だけでなく、まわりに分けて受けているように見えました。

三角柱は、転がりにくく、形もくずれにくかったです。

三角形は形が安定しやすいため、上から重さがかかっても、すぐにはつぶれませんでした。

建物や橋に三角形の形が使われる理由も、このような強さと関係していると考えられます。

今回わかったこと

今回の実験で、紙の強さは紙の材料だけでなく、形によって大きく変わることがわかりました。

同じコピー用紙でも、平らなままだと弱く、折ったり丸めたりすると強くなりました。

特に、じゃばら折り、筒、三角柱は、平らな紙よりも多くの重さを支えることができました。

形を工夫することで、少ない材料でも強い構造を作ることができるとわかりました。

自由研究としてまとめるポイント

この実験を自由研究にする場合は、形ごとの写真を撮っておくとわかりやすくなります。

さらに、10円玉を何枚置いたときに紙がどのくらい曲がったかを写真に撮ると、強さの違いがよく伝わります。

結果は表にして、「どの形が何枚まで支えられたか」をまとめると見やすくなります。

考察では、紙の形と力の受け方の関係を書くと、理科の自由研究らしくなります。

注意したこと

実験では、紙の種類をすべて同じにしました。

また、本と本の間の距離も同じにしました。

距離が広すぎると紙が曲がりやすくなり、距離がせまいと支えやすくなります。

そのため、紙の形だけを比べるためには、他の条件をそろえることが大切です。

まとめ

紙の形を変えると、強さは大きく変わりました。

今回の実験では、平らな紙が一番弱く、三角柱の形が一番強い結果になりました。

じゃばら折りや筒の形も、平らな紙よりずっと多くの重さを支えました。

同じ材料でも、形を工夫すると強さが変わる。

この実験を通して、紙だけでなく、建物や橋などの構造にも、形の工夫が使われていることがわかりました。