物理

建築学の工学の分野は、大きく 2 つに分かれます。地震や重さに耐える建物を考える構造と、暑さ寒さ・明るさ・音を整える環境です。日本学術会議の参照基準も、構造力学などの力学と、熱・空気・音・光に関わる環境の基本を、学ぶ人が身につける事項に挙げています。

どちらの入口も、高校の物理にあります。物理の「剛体のつり合い」は構造力学へ、物理基礎の「熱」は断熱や冷暖房の計算へつながります。物理基礎・物理の「波」で学ぶ音と光は、教室やホールの響きや明るさを考える土台です。

多くの大学では、2 年で構造力学と建築環境工学を学び、3 年で実験に取り組みます。力・熱・波の 3 つの単元を押さえておくと、どちらに進んでも授業に入りやすくなります。

物理基礎では、熱が温度の高い所から低い所へ移ることを学びます。熱の伝わり方には、伝導・対流・放射の 3 つがあります。壁や屋根を通して逃げる熱を考えるとき、まず計算するのが伝導です。

材料の熱の伝えやすさは、熱伝導率で表します。北海道立総合研究機構の林産試験場の資料では、コンクリートは 1.6 です。杉やヒノキなどの木材は 0.12、住宅用のグラスウールは 0.045 です(単位は W/(m·K))。数字が小さいほど、熱を伝えにくい材料です。

厚さ 10 cm、面積 1 m² の壁で、室内 20 ℃・外 0 ℃ のときを考えます。逃げる熱は「熱伝導率 ÷ 厚さ × 面積 × 温度差」で、コンクリートは 1.6 ÷ 0.1 × 20 = 320 W です。グラスウールなら 9 W で、約 36 分の 1 になります(表面の空気の層などを考えない、簡単な計算です)。

グラスウールが熱を伝えにくいのは、細い繊維のすき間に、動かない空気をたくさん閉じこめているからです。同じ資料は、厚さ 100 mm のグラスウールと同じ断熱の性能を木材で得るには、300 mm の厚さが必要だと説明しています。

物理でつまずきやすいのは、力を矢印で描かずに、式だけで解こうとすることです。まず物理基礎の「力のつり合い」で、物体に働く力をすべて矢印で描く練習をしてください。そのうえで、物理の「剛体のつり合い」で、モーメントの式を立てます。

環境の分野に向けては、物理基礎の「熱」と「波」が入口です。熱量の計算や、音の速さと反射を、身のまわりの部屋に当てはめて考えてみてください。単位をそろえ、答えの大きさがおかしくないかを確かめる習慣も、大学の演習でそのまま役に立ちます。

入試で物理を課すかどうかは、大学や入試の方式によって異なります。多くの大学では、1 年に物理学の授業があり、高校の力学を学び直せます。このサイトの高校の「物理」のページと、大学の「物理学」のページもあわせて読んでみてください。