ちょっと変わった物理の問題です。 『日本でよく見かける大型トラックの最大積載量は10～15トン程度であるが、大型トレー

ちょっと変わった物理の問題です。 『日本でよく見かける大型トラックの最大積載量は10～15トン程度であるが、大型トレーラーはその2～3倍の重さの貨物を余裕で運搬することができる。 これは牽引自動車の構造上、原動機(エンジン)を搭載した車両に直接貨物を積載する大型トラックに比べて非常に小さな力で重量物を動かすことができるためである。この理由を力学的に説明せよ。』 お分かりの方、解説よろしくお願い致します。

本業は重量級の運行管理者で、趣味の副業で自分でもトレーラーを製造し、登録を取って公道で運用しています。 何か、昔ここに似た様な文章を記載した様な覚えがあります。 あの時記載ミスをしていなければ良いのですが… 私も結構書き間違えや覚え間違いがありますからね。 日本の大型貨物車の大半が平ボディでも15ｔ積程度しか積めないのは、車体総重量25ｔ制限に対応する為です。 この範囲内に収める為に最大積載量が限られるのであって、はじめから用途の限られる特殊車両として製造し、25ｔ以上の車両として製造された物であればもっと大きな積載量を取れます。 だからそうした例外が1台も無い訳ではありません。 どうしても必要な用途があって、いくらでもお金を掛けられるなら単独車両で12ｍを超えるバスや25ｔを超える貨物車はあります。 どうして25ｔ以内に収めたいのかと言えば、特殊車両通行許可申請を必要としないからです。 不特定多数の用途に使え、需要が一番多いから、その範囲で作れば一番売れるのです。 大手の自動車製造会社は営利目的で運営されています。 だから、一般的な単独の大型貨物車の殆どは総重量25ｔ未満なのです。 私の知る限り、25ｔ車で取れる最大積載量はMAX16500ｋｇで今年作った新車です。 運搬効率以前の問題で、法規制と車体製造の兼ね合いから一番利便性が高いので、日本ではトレーラーよりも単独の大型貨物車の方が圧倒的に数が多いのです。 トレーラーの半分しか運搬出来ないのではなく、運搬出来ない様に作っているのです。 まずは、この質問が成り立たないですから、まともな回答が出来ない事は理解して下さい。 荷重の掛かり方はトレーラーの方式によって極端に違います。 セミトレーラーとフルトレーラーではそもそも荷重の掛かり方が全然違いますし、動きも当然違います。 連結検討に使う制動力の簡易計算なら、ここの文字数制限でも記載可能だとは思いますが… 複雑な要素の合わさる走行について、ここで数式で証明する事は現実的に無理です。 連結器に掛かるのは引っ張り荷重だけではなく、上下方向に掛かる荷重もあり、それも始動時と安定走行中では大きく変化します。 残念ながら、これを的確に表す数式で整数の答えの出る万能な物はありません。 だから事故の時の荷重計算をしようと思うと、とんでもなく長いいろんな証明を使うだけでなく、大量の実測データも必要とするのです。 ただ… 「牽引自動車の構造上、原動機(エンジン)を搭載した車両に直接貨物を積載する大型トラックに比べて非常に小さな力で重量物を動かすことができる」 についてはその通りです。 セミトレーラーだと第五軸輪加重が大きいのでイメージが沸きにくいかもしれませんから、フルトレーラーの説明をします。 フルトレーラーの場合、ヘッド車の連結器に掛かる上下方向の荷重（直下荷重と言います）は車体総重量の1/10までと要項で決まっています。 引きずる為には勿論駆動力が必要な訳ですが、自重の殆どをトレーラー自身で支えているフルトレーラーは、始動時に大きな力が必要なだけで、転がり始めたら小さな力で引きずり続けられます。 難しい説明を長く書いても理解出来ないとは思います。 力学的には、台車を引く時とほぼ同じだと思って下さい。 一般人にも理解しやすくする為にかなり省略して乱暴な書き方なので少し違う部分もありますが… 作用自体は人力で台車を押すのではなく、牽く時の動きと非常によく似ています。 誰にでも経験があると思いますが… 普通は1人では運べない荷物でも、台車に乗せれば運ぶ事が出来ます。 勿論台車の取ってを下から持ち、重い荷物を載せても引きずれます。 この時の動きを証明すれば、直接持つよりも、フルトレーラーの方が小さな荷重で前進出来ると証明する事が出来ます。 一度ご自身でやって見て下さい。 イメージするのは簡単だし、数式を用いずにこれを説明する事はできますが… いざ荷重を計算しようとすると、とんでもなく難しい事がご理解頂けると思います。 どんな条件にでも整数の答えが出る万能の式はありません。 だから、こういうのはある程度条件を付けて計算し、それに基づいて荷重計算して私達は車を作っているんですよ。 商売の種ですから、そこまでは教えませんが、ヒントとしては他の人が書いている様な数行や数文字程度の計算では当然何も求められません。 力学的ではありませんが、コロの上の物を牽くだけなのか、直接持って運搬するのかの違いです。 簡単に書くとそう言う事です。 その代わりですが、停車時には大きな力が必要です。 勿論ヘッド車だけでなくトレーラーにも大きな制動装置があって、小さなエネルギーで大きな制動力に変えているので、前進に比べるとエネルギーは使いませんから、燃料効率が悪いとは言いませんが、トレーラーの方が蛇行要素が多いので、ブレーキ効率は単独の車両よりも落ちます。 上手く掛けていないかも知れませんが… 単純な数式で、整数が出て来る事はありません。