TOEFL Reading練習 #019 — The Ball That Steadies a Skyscraper(日本語解説)

TOEFL Reading無料練習: The Ball That Steadies a Skyscraper。パッセージと設問は原文(英語)のまま、日本語訳と設問ごとの解説を提供します。

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使い方: まず辞書なしでパッセージを一度読み、自分の力で設問に答えてください。各設問下の「正解を見る」をタップすると正解の記号だけが表示されます — 解説はないので、繰り返し自分を試せます。
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パッセージ

パッセージ全体を読んでください。[A] のような角括弧の文字は、文insertion問題の4つの位置を示します。

The Ball That Steadies a Skyscraper

¶1 Every building taller than a few hundred meters moves. Wind presses against its face continuously, and for most of the twentieth century engineers treated that movement as a flaw to be built out. The usual fix was to add mass and stiffness until a tower barely swayed at all. Past a certain height, that approach is both costly and self-defeating. A frame rigid enough to resist the wind can crack from the very stress it was built to resist. The real fix looks backward at first. Instead of holding a tower still, engineers let something inside it swing freely. Only one exact condition determines whether that swinging calms a building or shakes it further.

¶2 Taipei 101 is a 508-meter tower completed in Taipei, Taiwan, in 2004, and it shows why. The region gets both typhoons and earthquakes, so the building's frame has to flex. A perfectly rigid structure that tall would concentrate stress at its base and eventually fatigue the steel. The tower is therefore designed to sway, a few centimeters at the top in ordinary wind and considerably more in a storm. The trouble is that this motion can build on itself. Wind gusts arriving at close to the tower's natural period, the rate at which it would swing back and forth on its own, push it further in the same direction each time, a process engineers call resonance. Left alone, that buildup can turn a mild sway into something strong enough to make people on the top floors feel ill, even though the structure itself stays safe.

¶3 Adding more steel does little to solve this problem. A heavier tower still has its own natural period and can still be pushed into resonance. The actual fix seems backward. Engineers do not try to make the tower more resistant to motion at all. Instead, they add a tuned mass damper, a second mass suspended separately so that it can swing on its own. The damper is adjusted so its swing matches the tower's natural period but moves opposite to it, and its momentum cancels much of the building's motion at each swing. The condition is exact. A damper tuned even slightly off the tower's period barely helps, and one tuned to the wrong period can do nothing at all.

¶4 Taipei 101's version of that second mass is a steel sphere. It weighs about 660 metric tons and hangs from four cables between the 87th and 92nd floors. [A] Built from more than forty layered steel plates, it swings like a huge pendulum, and eight hydraulic pistons connect it to the surrounding structure to absorb energy as it moves. [B] The clearest demonstration came on August 8, 2015, when Typhoon Soudelor struck Taiwan with winds strong enough to rattle windows across the city. [C] Cameras inside the viewing gallery recorded the sphere swinging nearly a meter from its resting position, the largest movement measured since the tower opened. [D] Engineers later confirmed that the sphere's swing had been almost exactly out of phase with the building's own motion. That timing is precisely what kept the tower's sway from growing larger as the storm continued.

¶5 The same idea now protects structures far from Taiwan. Tuned mass dampers, or smaller versions of the same idea, have been installed in towers from Shanghai to New York and in long bridges prone to wind-driven oscillation. None of them work automatically. Each mass has to be calculated and adjusted for the specific structure it protects, since a damper tuned for one building's period does nothing useful on another. The lesson engineers drew from Taipei 101 was not that heavier construction is safer. It was that motion, matched precisely against motion, can be the more reliable defense.

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設問

11問 — TOEFL Readingの全問題タイプを、実際の試験順で収録。

Q1 · Vocabulary
The word fatigue in paragraph 2 is closest in meaning to
  1. A. increase in temperature
  2. B. gradually weaken from repeated stress
  3. C. begin to swing more easily
  4. D. become stronger under stress
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正解: B
Q2 · Reference
The word them in paragraph 5 ("None of them work automatically.") refers to
  1. A. tuned mass dampers
  2. B. towers and bridges
  3. C. Shanghai and New York
  4. D. wind-driven oscillations
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正解: A
Q3 · Essential Term
Based on the information in the passage, the term tuned mass damper can best be explained as
  1. A. the reduced swaying a tower shows once protective measures have been installed
  2. B. the natural period at which a tower would swing back and forth on its own
  3. C. a separate mass, suspended so it can swing on its own, that is tuned to move opposite the building's sway and cancel much of that motion
  4. D. the extra steel and stiffness added throughout a building's frame to resist wind
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正解: C
Q4 · Factual Information
According to paragraph 2, why is Taipei 101 designed to sway rather than remain rigid?
  1. A. A rigid structure would be more expensive to build than a flexible one
  2. B. A perfectly rigid structure would concentrate stress at its base and eventually fatigue the steel
  3. C. Local building codes require all towers over 500 meters to sway
  4. D. Sway makes the building easier to inspect for structural damage
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正解: B
Q5 · Negative Fact
According to paragraph 4, all of the following are true about the steel sphere EXCEPT
  1. A. It is suspended by four cables between the 87th and 92nd floors
  2. B. Eight hydraulic pistons connect it to the surrounding structure
  3. C. Its swing on August 8, 2015 was the largest movement measured since the tower opened
  4. D. It was replaced with a larger sphere after Typhoon Soudelor
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正解: D
Q6 · Sentence Simplification
Which of the sentences below best expresses the essential information in the highlighted sentence in paragraph 2? Incorrect choices change the meaning in important ways or leave out essential information.

Highlighted: "Wind gusts arriving at close to the tower's natural period, the rate at which it would swing back and forth on its own, push it further in the same direction each time, a process engineers call resonance."
  1. A. When wind gusts arrive near the rate at which the tower naturally swings, they push it further the same way each time, and this repeated push is called resonance.
  2. B. Resonance happens only when a tower's natural period exactly matches the speed of the wind outside.
  3. C. Wind gusts change direction constantly, which prevents the tower from developing a steady swing.
  4. D. The tower's natural period is the maximum wind speed it can survive without structural damage.
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正解: A
Q7 · Inference
Based on the information in paragraph 4, what can be inferred about the tower's sway if the sphere's swing had NOT been out of phase with the building's motion?
  1. A. The sphere would have remained motionless throughout the storm
  2. B. The typhoon would have caused permanent structural damage to the tower's frame
  3. C. The tower's sway would likely have grown larger than it actually did during the storm
  4. D. Engineers would have been unable to measure the sphere's movement at all
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正解: C
Q8 · Rhetorical Purpose
The author mentions towers "from Shanghai to New York" in paragraph 5 in order to
  1. A. compare the height of Taipei 101 to other supertall buildings
  2. B. show that tuned mass dampers are now used in many buildings beyond Taipei 101
  3. C. explain why some cities experience stronger winds than others
  4. D. argue that Shanghai and New York face greater earthquake risk than Taipei
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正解: B
Q9 · Paragraph Relation
How does paragraph 5 relate to the earlier discussion of Taipei 101's damper in paragraph 4?
  1. A. It generalizes the specific solution described for Taipei 101 to other buildings and bridges
  2. B. It shows that the solution used in Taipei 101 failed when engineers tried to apply it elsewhere
  3. C. It repeats the same case described in paragraph 4 with additional numerical detail
  4. D. It introduces an unrelated method for protecting buildings from earthquakes
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正解: A
Q10 · Insert Text
Look at the four squares [■] in paragraph 4 that indicate where the following sentence could be added.

That single measurement did more to convince skeptics than any number of engineering diagrams had.

Where would the sentence best fit?
  1. A. Square A
  2. B. Square B
  3. C. Square C
  4. D. Square D
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正解: D
Q11 · Prose Summary Select THREE · 2 pts
Directions: An introductory sentence for a brief summary of the passage is provided below. Complete the summary by selecting the THREE answer choices that express the most important ideas in the passage. Some sentences do not belong in the summary because they express ideas that are not presented in the passage or are minor ideas in the passage. This question is worth 2 points.

Very tall buildings sway in the wind, and engineers once assumed that only added mass and stiffness could control that motion, until Taipei 101 showed how a different, precisely tuned solution actually works.

  1. A. Taipei 101 is a 508-meter tower completed in 2004 in a region that experiences both typhoons and earthquakes.
  2. B. A heavier, stiffer structure does not solve the sway problem, because it still has its own natural period and can still resonate; the real fix is a tuned mass damper adjusted to move opposite the tower's motion.
  3. C. The steel sphere used in Taipei 101 weighs about 660 metric tons and is suspended by four cables.
  4. D. During Typhoon Soudelor in 2015, the sphere's tuned, out-of-phase swing was shown to limit how far the tower itself swayed.
  5. E. The same tuned mass damper principle is now used in other tall buildings and bridges around the world, each one calibrated to its own structure.
  6. F. Taipei 101 was the tallest building in the world when it was completed in 2004.
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正解: B, D, E
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日本語訳 & 解答

パッセージの日本語訳と、設問ごとの正解・解説です。自分で解いた後の復習用に使ってください。

超高層ビルを安定させる球体

数百メートルを超える高さのビルはすべて揺れる。風はその面を絶えず押しており、20世紀のほとんどの間、技術者たちはこの動きを設計によって取り除くべき欠陥として扱ってきた。よくある対策は、タワーがほとんど揺れなくなるまで質量と剛性を加えることだった。しかしある高さを超えると、その手法は費用がかさむうえに自己矛盾を来す。風に耐えられるほど剛性の高い骨組みは、まさにその耐えるために作られた応力そのものによってひび割れることがある。本当の解決策は、一見すると逆行しているように見える。タワーをじっと静止させる代わりに、技術者たちはその内部にある何かを自由に揺れさせるのである。その揺れがビルを鎮めるのか、それともさらに揺らすのかは、たった1つの正確な条件によって決まる。

台北101は、台湾の台北に2004年に完成した高さ508メートルのタワーであり、その理由を示す好例である。この地域は台風と地震の両方に見舞われるため、ビルの骨組みはたわむ必要がある。この高さの完全に剛性の高い構造物は、基部に応力を集中させ、やがて鋼材を疲労させてしまうだろう。そのためこのタワーは、通常の風では頂上で数センチメートル、嵐のときにはそれよりかなり大きく揺れるように設計されている。問題は、この動きが自らを増幅させかねないことである。タワーの固有周期、すなわちタワーが自力で前後に揺れる速さに近いタイミングで吹く突風は、毎回同じ方向にさらにタワーを押し進める。技術者たちはこの現象を共振と呼ぶ。放っておくと、この蓄積は、構造物自体は安全なままであっても、最上階にいる人々を気分悪くさせるほど強い揺れへと、穏やかな揺れを変えてしまうことがある。

鋼材を追加してもこの問題の解決にはほとんど役立たない。より重いタワーもやはり固有の周期を持ち、なお共振に押し込まれる可能性がある。実際の解決策は、逆説的に見える。技術者たちは、タワーの動きへの抵抗力をまったく高めようとはしない。代わりに、彼らは同調質量ダンパーを追加する。これは別々に吊り下げられ、それ自体が自力で揺れることのできる第2の質量である。このダンパーは、その揺れがタワーの固有周期と一致しながらも、タワーとは逆方向に動くよう調整されている。その運動量は、揺れるたびにビルの動きの大部分を打ち消す。この条件は正確でなければならない。タワーの周期からわずかにずれて調整されたダンパーはほとんど役に立たず、間違った周期に調整されたダンパーはまったく何もできない。

台北101のこの第2の質量に当たるものは、鋼鉄製の球体である。それは重さ約660トンあり、87階と92階の間に4本のケーブルで吊り下げられている。[A] 40枚を超える積層鋼板から作られたこの球体は、巨大な振り子のように揺れ、8基の油圧ピストンが周囲の構造物とそれをつなぎ、動く際にエネルギーを吸収する。[B] 最も明確な実証は2015年8月8日にもたらされた。この日、台風ソウデロールが台湾を襲い、市内各地の窓を揺らすほどの強風が吹いた。[C] 展望回廊内のカメラは、この球体が静止位置から約1メートル揺れる様子を記録した。これはタワーが開業して以来測定された中で最大の動きだった。[D] 技術者たちは後に、この球体の揺れがビル自体の動きとほぼ完全に逆位相であったことを確認した。そのタイミングこそが、嵐が続く間もタワーの揺れが大きくなりすぎるのを防いだ、まさにその要因だった。

同じ考えは今日、台湾からはるかに離れた構造物も守っている。同調質量ダンパー、あるいは同じ考えのより小型の版は、上海からニューヨークに至るタワーや、風による振動を受けやすい長い橋にも設置されてきた。それらのどれも自動で機能するわけではない。それぞれの質量は、それが守る特定の構造物のために計算し調整しなければならない。ある建物の周期に合わせて調整されたダンパーは、別の建物ではまったく役に立たないからである。台北101から技術者たちが得た教訓は、より重い構造ほど安全だということではなかった。それは、動きに正確に一致させた動きこそが、より信頼できる防御になりうるということだった。

Q1 · Vocabulary
2段落のfatigueに意味が最も近いのは?
  1. A. 温度が上昇する
  2. B. 繰り返しの応力によって徐々に弱まる
  3. C. より容易に揺れ始める
  4. D. 応力を受けてより強くなる
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正解: B

Vocabulary — 応力が基部に集中し鋼材に何が起こるかという文脈から、fatigueは「繰り返しの応力によって徐々に弱まる」という意味である。

Q2 · Reference
5段落の"None of them work automatically."のthemが指すものは?
  1. A. 同調質量ダンパー
  2. B. タワーと橋
  3. C. 上海とニューヨーク
  4. D. 風による振動
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正解: A

Reference — themは直前で述べられた「同調質量ダンパー」を指す。

Q3 · Essential Term
本文の内容に基づくと、tuned mass damperという語を最もよく説明しているのは?
  1. A. 防御策が設置されたあとにタワーが示す揺れの減少
  2. B. タワーが自力で前後に揺れる固有の周期
  3. C. 別々に吊り下げられ自力で揺れることができ、ビルの揺れとは逆方向に動くよう調整され、その動きの大部分を打ち消す別個の質量
  4. D. 風に耐えるためにビルの骨組み全体に追加される余分な鋼材と剛性
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正解: C

Essential Term — 3段落の「別々に吊り下げられ、逆方向に動くよう調整された第2の質量」という説明がそのまま定義に当たる。

Q4 · Factual Information
2段落によると、台北101が剛性を保つのではなく揺れるように設計されているのはなぜか?
  1. A. 剛性の高い構造物は柔軟な構造物より建設費が高いから
  2. B. 完全に剛性の高い構造物は基部に応力を集中させ、やがて鋼材を疲労させてしまうから
  3. C. 現地の建築基準法が500メートルを超えるすべてのタワーに揺れることを義務づけているから
  4. D. 揺れることで構造的損傷の点検がしやすくなるから
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正解: B

Factual — 「完全に剛性の高い構造物は基部に応力を集中させ、やがて鋼材を疲労させてしまう」という文をそのまま反映している。

Q5 · Negative Fact
4段落によると、鋼鉄製の球体について正しくないものは?
  1. A. 87階と92階の間に4本のケーブルで吊り下げられている
  2. B. 8基の油圧ピストンが周囲の構造物とそれをつないでいる
  3. C. 2015年8月8日の揺れは、タワーが開業して以来測定された中で最大の動きだった
  4. D. 台風ソウデロールのあと、より大きな球体に交換された
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正解: D

Negative Fact — 本文は球体が交換されたとは述べておらず、逆位相の揺れがタワーを守ったことを確認したと述べている。

Q6 · Sentence Simplification
2段落のハイライト文の要点を最もよく表しているのは? 誤った選択肢は意味を大きく変えたり、重要な情報を省いたりしている。 ハイライト文:「タワーの固有周期、すなわちタワーが自力で前後に揺れる速さに近いタイミングで吹く突風は、毎回同じ方向にさらにタワーを押し進める。技術者たちはこの現象を共振と呼ぶ。」
  1. A. 突風がタワーの自然な揺れの速さに近いタイミングで到達すると、毎回同じ方向にタワーをさらに押し、この繰り返しの押しは共振と呼ばれる。
  2. B. 共振は、タワーの固有周期が外の風の速さと正確に一致したときにのみ起こる。
  3. C. 突風は絶えず方向を変えるため、タワーが安定した揺れを発達させるのを妨げる。
  4. D. タワーの固有周期とは、構造的な損傷なしに耐えられる最大の風速のことである。
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正解: A

Sentence Simplification — 固有周期に近いタイミングの突風が毎回同じ方向に押すことで共振が起こるという因果関係を正しく保っているのはAだけである。

Q7 · Inference
4段落の情報に基づくと、もし球体の揺れがビルの動きと逆位相になっていなかったとしたら、タワーの揺れについて推測できることは?
  1. A. 球体は嵐の間ずっと静止したままだっただろう
  2. B. 台風はタワーの骨組みに恒久的な構造的損傷を与えただろう
  3. C. タワーの揺れは、実際に嵐の間に起きたものよりも大きくなっていた可能性が高い
  4. D. 技術者は球体の動きをまったく測定できなかっただろう
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正解: C

Inference — 逆位相の揺れが揺れの増大を防いだと述べられているため、逆位相でなければ揺れが大きくなっていたと推測できる。

Q8 · Rhetorical Purpose
著者が5段落で「上海からニューヨーク」のタワーに言及しているのはなぜか?
  1. A. 台北101の高さを他の超高層ビルと比較するため
  2. B. 同調質量ダンパーが今日、台北101以外の多くのビルでも使われていることを示すため
  3. C. 一部の都市が他の都市より強い風を経験する理由を説明するため
  4. D. 上海とニューヨークが台北よりも大きな地震リスクに直面していると主張するため
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正解: B

Rhetorical Purpose — 同調質量ダンパーの考えが台北101にとどまらず世界中に広がっていることを示す例として挙げている。

Q9 · Paragraph Relation
5段落は、4段落で先に論じられた台北101のダンパーとどのように関係しているか?
  1. A. 台北101のために説明された特定の解決策を、他のビルや橋にも一般化している
  2. B. 台北101で使われた解決策が、他の場所に適用しようとしたときに失敗したことを示している
  3. C. 4段落で説明されたのと同じ事例を、追加の数値の詳細とともに繰り返している
  4. D. 地震からビルを守る、関係のない別の方法を紹介している
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正解: A

Paragraph Relation — 5段落は、台北101で用いられた同調質量ダンパーの原理を、他の建物や橋にも当てはめて一般化している。

Q10 · Insert Text
次の文が入る最も適切な位置は? — 「その1回の測定結果は、どんな数の技術図面よりも懐疑派を納得させることに役立った。」
  1. A. Aの位置
  2. B. Bの位置
  3. C. Cの位置
  4. D. Dの位置
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正解: D

Insert Text — 「その1回の測定結果」とは球体の揺れの測定を指すため、逆位相であったことが確認された文の直後(D)に入るのが自然である。

Q11 · Prose Summary
本文の要約を完成させる3つの文を選びなさい。(2点) — 導入文:「非常に高いビルは風で揺れ、技術者たちはかつて、質量と剛性を追加することだけがその動きを抑えられると考えていたが、台北101はまったく異なる、精密に調整された解決策が実際に機能することを示した。」
  1. A. 台北101は、台風と地震の両方を経験する地域に2004年に完成した高さ508メートルのタワーである。
  2. B. より重く剛性の高い構造物は揺れの問題を解決しない。なぜならそれでも固有の周期を持ち、なお共振しうるからである。本当の解決策は、タワーの動きとは逆方向に動くよう調整された同調質量ダンパーである。
  3. C. 台北101で使われている鋼鉄製の球体は重さ約660トンあり、4本のケーブルで吊り下げられている。
  4. D. 2015年の台風ソウデロールの際、球体の調整された逆位相の揺れが、タワー自体の揺れをどれだけ抑えたかが示された。
  5. E. 同じ同調質量ダンパーの原理は今日、世界中の他の高層ビルや橋にも使われており、それぞれが自らの構造物に合わせて調整されている。
  6. F. 台北101は2004年の完成時、世界で最も高いビルだった。
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正解: B, D, E

Prose Summary — (B)は3段落、(D)は4段落、(E)は5段落の要点である。