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覚えておきたい地震の豆知識【加速度ガルと速度カイン】

科学
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はじめに

熊本地震で観測された最大加速度が阪神淡路大震災を上回っていたというニュースが2016年4月16日にありました.ガル・カインについての記述を引用します.

 14日夜の熊本地震の本震の揺れは、震度7を観測した熊本県益城ましき町で最大加速度1580ガル、最大速度92カインをそれぞれ記録、加速度は1995年の阪神大震災の891ガルを大きく上回ったことが防災科学技術研究所(茨城県つくば市)の地震波の解析でわかった。(中略)

 阪神大震災の揺れは891ガルと112カイン、2004年の新潟県中越地震は1722ガルと148カインだった。今回の熊本地震の最大加速度は、阪神大震災の約2倍で、新潟県中越地震より少し小さかった。

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ガルカインは「加速度と速度はともに、地震の揺れの大きさを示す指標で、両方がそろって大きいほど地震の破壊力が強い」と記事にありました.

でも,記事を読んだ感想は「・・・」でした.何のことだかわからない.ガルカインも初耳です.

「速度」はkm/h(キロメートル・パー・アワー;時速)とかですよね.でも,上の図をみても「カイン」としか書かれていないので時速なのか分速なのか秒速なのかわかりません.

しかしながら,わからないことをわからないままにしておいたのではなんの理解にもつながりません.

そこで,どうやら地震の大きさに関係する「ガル」と「カイン」が何なのかについて調べてみました.

では,加速度からみていきましょう.

加速度とは

◆加速度とは

「1秒間に変化する速度の変化量」ということです.


図を使って見ていきましょう.

自転車の前部・後部両方に子どもを乗せたお母さん,という図は良くみかけます.

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発車したてはスピードも上がりません.歩いたほうが早いくらい.
時速3.6km秒速1m)といったところです.

 

でも,保育園の登園時刻ぎりぎりになるとスピードモードに変身し
時速25.2km(秒速7m)
くらいで疾走する姿を良くみかけます(ちょっとスピード出し過ぎですが,計算しやすい値なので)

 

では,ママが直線上で自転車を走行させていることを前提に加速度を計算してみましょう.図にしてみました.

 

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加速度(等加速度直線運動に限ります)を計算するのは,実は簡単です.

・速度変化量を時間変化量で割ったものが加速度
・加速度=速度変化量/時間変化量

 

では計算します.

◆分母の時間変化量からいきましょう.

図の矢印の下にこう書いて有ります.
「発車して秒速1mになった時点を0秒
「秒速7mに達したのはその3秒後」.

単位の秒をs(second)で示すと,時間変化量(Δt)=3-0[s]

◆次に分子の速度変化量です.

「矢印上の0秒時点での速度が毎秒1m
「それから3秒後に毎秒7m

単位をm/s(メートル毎秒)で示すと,速度変化量Δv=7-1[m/s]

 

◆では加速度を求めましょう.

加速度=速度変化量/時間変化量ですから(m/sをsで割る)
加速度=(7-1)/(3-0)
=6/3
=2[m/s2]

となりました.加速度の単位 m/s2メートル毎秒毎秒と読みます.

 

加速度とは「1秒間に変化する速度の変化量」のことですから,子ども2人を前後に乗せて疾走するママの自転車の「上の図の3秒間」について計算した加速度は2メートル毎秒毎秒,すなわち「1秒間に毎秒2メートル」の割合で速くなったことを意味します.

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ガルとは

◆では肝心の地震の揺れの大きさの単位である「ガル」の話にうつりましょう.

ガルは地震の揺れの加速度に用いられる単位です.
「人間や建物にかかる瞬間的な力の事」であり,速度が毎秒1cmずつ速くなる加速状態を1ガルとしている(出典:地震の大きさを表す単位)」とのことです(ガルはガリレオ・ガリレイの頭文字からきてるそうです)

1ガル=1cm/s2(1センチメートル毎秒毎秒)


熊本地震で計測された最大加速度は1580ガルでした.

ということは,
1580ガル=1580 cm/s2
      
=15.8 m/s2

 

そう言われてもぜんぜんピンときませんね.

◆では,富士急ハイランド名物のジェットコースター,ドドンパと比べてみましょう.

発進後1.8秒で時速172km/hに達する富士急ハイランド絶叫ジェットコースターのドドンパ(絶対乗らない)

その最大加速度は26.6 m/s2です(172000m/3600秒/1.8秒=26.6m/s2
ガルに換算すれば2660ガル約2.7Gですが,Gについては割愛.

www.youtube.com
熊本地震の最大加速度は1580ガルでした.これは「ドドンパ」の約6割(59.3%)に相当します.また,阪神淡路大震災をもたらした兵庫県南部地震の最大加速度はドドンパの約3割3分(33.4%)です.

自動車が発進する時に、ある大きさの速度に達するまでの時間が短かければ短いほど大きな加速度が加わる。急発進をすると座席に強く押し付けられるように感じられるのはこの加速度の仕業。 地震があると、地面の揺れによって建物や人に加速度が働く。(出典:地震の大きさを表す単位


つまり,車で急発進するときに体感できるのが加速度です.

シートベルトも締めず,何の心の準備もないまま,ドドンパの6割とか3割の加速度に突然見舞われるのが震度7の大地震,と聞いたらどう思います?

 

◆しかしながら,これまでの大地震ではドドンパをはるかに上回る最大加速度が観測されています.

2011年3月に東日本大震災をもたらした東北地方太平洋沖地震では,宮城県栗原市築館において計測された最大加速度が2933.7ガル東北地方太平洋沖地震 - Wikipedia),2008年6月の岩手・宮城内陸地震の最大加速度は4022ガル(岩手県一関市の一関西の震度計)でした(岩手・宮城内陸地震 - Wikipedia).

 

大地震が起こると,日常生活では想像もできない加速度が人間や建物に襲いかかるのです.

カインとは

カインはガルよりも説明が簡単な単位です.

カインとは速度のことです.ガルの説明でメートル毎秒(m/s)という速度が登場しました.それがカインです.1カイン=1cm/sです.

どうという事はありません.日常的に良く耳にするキロメートル毎時(km/h)より小さな単位を使ってるだけのことでした.

1カイン=1cm/sなので,
1カインは1秒の間に1cm動いたことを意味します.

熊本地震では最大速度92カインが観測されました.1秒間に92cm動く揺れの大きさ,ということになります.

1995年の兵庫県南部地震では112カイン(1秒間に112cmの揺れ),2004年の新潟県中越地震では148カイン(1秒間に148cmの揺れ)が観測されています(読売新聞記事より).

ガルと同様,カインの値が大きいほど地震の揺れによる人間や建物への影響は大きくなります.

まとめ

次の文章がガルとカインについてまとめています.一部は既出ですが,再度引用します.

ガル、カインも観測しているその地点での地震動の大きさを表すが、震度よりももう少し揺れ方を正確に(科学的に)表している。

ガルは地震動の大きさを「加速度」で表したもの。自動車が発進する時に、ある大きさの速度に達するまでの時間が短かければ短いほど大きな加速度が加わる。

急発進をすると座席に強く押し付けられるように感じられるのはこの加速度の仕業。
地震があると、地面の揺れによって建物や人に加速度が働く。(出典:地震の大きさを表す単位


ガルは加速度です.「地震があると,地面の揺れによって建物や人に加速度が働く」(上の引用より)のです.

カインは速度です.1秒あたり何センチメートル動く地震の揺れだったのかを表します.

どちらについても値が大きければそれだけ大きな地震だ,ということになるのです.

地震の大きさを表す4つの単位,すなわち

・震度(揺れの大きさ)
・マグニチュード(地震エネルギーの大きさ)
・ガル(加速度)
・カイン(速度)

それぞれについて知っておくと,地震についてまた一つ理解が進むと思います.

マグニチュードと震度についても調べて書きました.こちらをご笑覧ください.

覚えておきたいマグニチュードと震度の豆知識 - おまきざるの憂鬱


最後になりましたが,熊本地震でお亡くなりになられた方々のご冥福をお祈りするとともに,ご遺族の皆様にお悔やみ申し上げます.

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