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CHAPTER T
第一章
PRELIMINARY PRINCIPLES AND MECHANICS OF SOLIDS.

初歩的原理および固体の力学


Fig.        
001 Porosity of
Leather

皮革の空隙
あらゆる物体には、多少とも空隙がある。

以下の実験を行うことにより、皮に空隙があることがわかる。長いガラスの管があり、この上端には、底が気密になるように皮で張られた真鍮のカップが置かれている。管の一番下は真鍮のキャップになっている。この(下部の)キャップは管内の空気を排除するため、エアーポンプと呼ばれるマシンに接続している。

一定量の水銀を上部のカップに注ぎ、ついで管から空気を排除すると、水銀は、外部の大気圧のために、皮を通過して、雨のような小さな粒になって落下するのが観察される。
002
Water Puryfing Filter

水の濾過器
図は水を清浄にするための濾過器を示す。これは、単に、多孔質の石(A)でできた仕切り板で二つに区切られた箱である。濾過すべき水は上部に入れられる。そこから水は、石の空隙を下部に向け、ゆっくりと通過する。箱の一隅には管(a)があり、下部が水で満たされるにつれて空気が逃げることができるようになっている。浄化された水は、箱の底近くにある水栓から取り出される。
003
Filter used by
Chemist

化学者の濾過器
図は化学者によって用いられる濾過器である。これは、ある種の空隙のある素材、例えばフェルトのような素材でできた袋が、紐で吊られている。濾過すべき物質が袋に注がれる。ここから液体は、空隙をゆっくりと通過し、あとに固体部分を残す。
004
Compressibility of
Gases

ガスの圧縮性
図の装置によって、気体の圧縮性を見ることができる。これは、下端を金属のキャップで完全に塞がれた硝子のチューブである。上端から気密のピストンが押し込まれる。押し下げられるに従って、閉じこめられた空気が、もともとの容積の半分、四半分、そして百分の一にまで減少するのを見る。  
005
Elasticity of
Ivory

象牙の弾力性
図は、象牙が弾性的であり、かつ、その弾性が分子のずれに起因することを示す装置である。薄く油をひかれている、研磨された大理石の板である。象牙の球を異なる高さから落下させると、毎回跳ね返されるが、板の上に円形の痕跡を残す。球がより高いところから落下するほど、痕跡は大きくなる。この実験で判るのは、球は落下することで平坦化し、平坦化の度合いは落下高が増すほど度合いが増す、そして、分子が圧縮される運動が球の跳ね返りを引き起こす、ということである。  
006
Direction of
Force

力の向き
およそ力の効果を完璧に理解せんとするならば、三つの事柄を知るべし。すなわち、作用点、向き及び強さである。
007
Resultant Force

合力
……;しかし物体が、異なる向きを持った幾つかの力に、同時に引かれるなら、物体は、一般的に言って、それらの力のいずれの方向にも動かない。例えば、二人の人間が川の両岸にいて、図のようにロープで船を引くとすると、船はAB、ACのいずれの方向にも向かわず、中間のAEに向けて動く。
008
009
Parallelogram of
Force

力の平行四辺形
力学(ペックの「力学」)によれば、図のように、ABとADがAに作用する二つの力とするなら、それらの合成力はACで表される。
010
Composition of Froce

力の合成
飛翔中、鳥というものは、両の翼で大気を打つ。翼に生ずる抵抗が鳥を前進させる。  
011
Sail boat

帆船
クォーター、図のva、に作用する風によって帆船が推進されるとき、われわれは、力の平行四辺形の規則により、風の強さを二つの成分に分解することができる。一つはcaで、竜骨の方向、そして、もう一つはcbで、それに直角の方向である。
012
Equilibrium of
Force

力の平衡
幾つかの力が物体に作用し正確に釣り合いが取れているなら、平衡状態にあるという。

平衡の最も簡単な例は、一本の縄の両端を二人の人間が等しい強さで引いている場合である。
013
Centrifugal Force(1)

遠心力(1)
遠心力の存在は、図のような装置により、実験的に示される。
014
Centrifugal Force(2)

遠心力(2)
遠心力が、球が平坦にする作用を持つことは、図の装置により、実験的に示される。
015
Lever(1st class)

梃子(第一種)
この種では、支点は力点と荷重の間にある。
016
Lever(2nd class)

梃子(第二種)
この種では、支点は力点と加重の両者より向こうにあるり、しかも荷重の方に近い。  
017
Lever (3rd class)

梃子(第三種)
この種では、支点は力点と荷重の両者より向こうにあるり、しかも力点の方に近い。  
018
Scissors

はさみ
はさみは、第一種の梃子の例になる。  
019
Nut-cracker

クルミ割り
通常のクルミ割りは、第二種の梃子の例である。  
020
Flax spinner

亜麻糸紡ぎ
亜麻糸紡ぎや旋盤の踏み板は第三種の梃子の例である。図のCは支点、足が力、そしてなされる仕事が荷重である。
021
Verticals

鉛直線
図において、直線aoおよびboは鉛直線であるが、それらが余り離れていないとすると、それらの収束は余りにも小さく、そのために、それらの直線は平行と見なされる。
022
Plumb-Line

下げ振り
プラムラインは、一方の端に重い物体、通常は鉛、を有している。他の端を手に保持すると、鉛は、地球の中心へ向かうため、紐を重力の方向に伸ばす。
023
Cane Balancing

杖のバランス
もし物体がたった一つの点によって支えられているなら、物体の重心が支点を通過する鉛直線上のどこかにある場合のみ、物体は平衡である。一つの例を図に示す。少年が杖を彼の指の上でバランスさせようとしている。図のgは重心であり、この点は正確に支点の上に保たれなければならない。これは不安定平衡の例である。
024
Stilts

竹馬
もし、物体が2ヶの支点のみを有するなら、それは、かの物体の重心の垂線が、これらの2点を結ぶ線分上のいずれかの点を通過する場合において、安定を可能とする。例が図に示されており、この図は竹馬に乗った男を表現する。安定を保つためには、彼の重心は正確に竹馬の両足を結ぶ直線の上にあらねばならない。
025
Three-legged Table

三脚テーブル
もし、物体が、一直線上にない3ヶの支点を有するとして、重心が3点を結ぶ三角形の中のどこかにあれば、物体は平衡である。例を、三脚テーブルの図で示す。
026
027
Stable Equilibrium

安定平衡
物体が安定平衡にある時、静止した状態からわずかに動かされると、元の状態にもどらんとする傾向を示す。
028
Tower at Bologna

ボローニャの塔
ピサの斜塔は大変に傾いているので、今にも倒壊しそうに見えるが、今のところ立っている。なぜならば、重心を通過する鉛直線がその基礎の範囲内を通過しているからである。図はボローニャの塔であるが、ピサのものより傾斜している。この塔は1112年に建設されたのであるが、基礎地盤の不同沈下により傾いてきた。それは倒壊していない。なぜならば、重心Gを通る鉛直線がその基礎の範囲内を通過している。
029
030
Stability of Bodies

物体の安定
人が重荷を負うときは、彼は前屈みになる。重荷と彼の体重をあわせた重量の向きが、かれの足の間を通るようにする。人が片手で重量物を運ぶとき、同じ理由により、彼は体を反対側に傾ける。
031
Balance

天秤ばかり
天秤ばかりとは、物体の重量を計測する機械(machine)である。  
032
all bodies fall

全ては落下する
物体が、静止の状態から真空中で落下を開始するとする。すなわち、何らの抵抗も受けないとすると、次の三つの法則に従う。
 1.全ての物体は同じ速度で落下する。
 2.落下中に獲得する速度は、経過した時間に比例する。
 3.落下中に通過した距離は、経過した時間の二乗に比例する。
第一の法則は、次の実験によって証明される。6フィートの長さのガラス管の一方を塞ぎ、他方に開閉可能なコックを付ける。小さな鉛の球と羽毛が入れられる。空気がある場合は、管を急激にひっくり返すと、鉛球は羽毛より早く管底に達する。空気を抜いて同様にひっくり返すと、今度は、鉛球と羽毛は、同時にガラス管を通過する。
033
Rolling Ball

転がる球
落下する物体に関する第三法則を検証するため,図に示すごとく、我々は微かに傾斜せる斜面を作り、これを百の等しい部分に分割する。次いで、鉛の球が一秒で最低部Aに転がり落ちるためには、この物差しのどこの目盛りに球を置けば良いのかを確かめよう。仮に、6番目の目盛りだったとする。さて、今度は24番目の目盛りに球を置けば、それは二秒で転がり落ちる。54番目の目盛りなら三秒、96番目の目盛りなら四秒、以下同様、となる。

かくて、我々は「通過する距離は、時間の自乗に比例する」、と結論づける。
034
Road to a High Hill

長い坂
物体が、傾斜せる平面の上に載せられたる場合、物体を斜面沿いに動かさんとする物体重量の成分は、斜面の傾きが緩くなるに従いて小さくなるべし。
……かかる原理に立脚し、高き丘や山に登る道は、図に示せるように建設されるのである。
035
036
Pendulum

振り子
振り子とは、鉛直線に沿って吊り下げられ、かつ、その鉛直線の周りを自由に振動することが可能な、重量のある物体である。  
037 missing    
038
Mechanism of
Pendulum

振り子の機構
図は、振り子が調速機として使用される機構を示す。
039
Metronome

メトロノーム
メトロノームは、振り子が、音楽家やその他の人々によって、等しい時間間隔を刻むために用いられる例である。
040
041
042
Capillary Forces

毛管力
毛管力とは、固体と液体の間に働く、分子力である。この力は、毛管力と呼ばれるが、何故なら、その効果は、たいていの場合、髪の毛ほどの径の管について観測されるからである。

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