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転がる輪ゴムの物理学 54

ストーリー by soara
たとえゴムでも様々な力がかかっています 部門より

あるAnonymous Coward 曰く、

輪ゴムは転がるとき、どのような形になるのだろうか?

伸縮性のある物体が転がるとき、どのような力が働き、回転速度の変化とともにどのように変形するのか、米仏共同の研究チームが明らかにしたそうだ(本家/.)。

輪ゴムを充分な速さで「転がす」ために研究チームはハムスターの回し車のような装置を使用したとのこと。輪ゴムは回転速度が遅いうちは長円形に変形し、回転速度が上がると上辺が落ち込むピーナッツのような形に変化したとのこと。更に速度を上げていくと上辺は底辺に接触するくらいまで更に落ち込むことが分かった。

研究者らはこのデータを元に重力、輪ゴムが曲がるのに加わる力、遠心力、輪ゴムの持つ剛性などを考慮しこの現象を分析したという。それによると、静止時に形状が保たれているのは輪ゴム自身の剛性と重力が均衡しているからであり、速度の遅い回転時にも重力によって輪の形状が保たれるという。しかし回転速度を上げていくと重力を上回る力が複数かかり、輪の形状が崩壊するということが分かったとのことだ。

なお、上辺と底辺が接触するほど速度を上げると、逆方向に動く両辺の接触によって輪ゴムは回し車から飛び出してしまい、接触時に発生している現象は解明できなかったとのことだ。

百聞は一見にしかず、元記事にて実験動画をどうぞ。

この議論は賞味期限が切れたので、アーカイブ化されています。 新たにコメントを付けることはできません。
  • これってタライだよね? タライを回しているんだよね?

    • by Anonymous Coward

      いいえ、タライは頭上に落とすものであり、回すものではありません(あれ?

      • by Anonymous Coward
        お役所のタライは回すものなんじゃなかったでしたっけ?
      • by Anonymous Coward
        その昔、足でタライを回す、タライ回しという曲芸があったそうな。
  • by PEEK (27419) on 2010年08月02日 10時26分 (#1803285) 日記

    ぜひ転がるリンゴでの男女間の物理学を調べてください。

    --
    らじゃったのだ
  • by Anonymous Coward on 2010年07月31日 10時14分 (#1802855)
    日本で考えている「輪ゴム」より幅広なので「ゴムバンド」でいいだろう(原文もそうだし)

    上辺がだんだん下がってくるのはなぜだろう
    最後にすっ飛んでいるのは、上辺が下辺に接触して回らなくなったのかしらん?
    • 上辺がだんだん下がってくるのはなぜだろう

      走行速度が上がると、
      接地面の前端で引き込まれる速度に対して、後端での立ち上がり(弾性に依存)が相対的に遅くなり、接地面が延びる。
      そのため、扁平になるとともに、(梁の間が開くため)上辺の重量を支えにくくなる。
      どうだろう。

      親コメント
      • つまりあれですね, このゴム輪は接地している部分はゴム輪全体の(例えば)1/10程度しか無くて, 残りの9/10は上側で基本的にはたるんでいる状態. 両端部では加減速に伴う遠心力で形状を保っているんだけど, 中間部分はたるみ効果がそのまま現れて下に落ち込むと.

        親コメント
      • by Anonymous Coward

        > > 上辺がだんだん下がってくるのはなぜだろう
        > 走行速度が上がると、
        > 接地面の前端で引き込まれる速度に対して、後端での立ち上がり(弾性に依存)が相対的に遅くなり、接地面が延びる。
        > そのため、扁平になるとともに、(梁の間が開くため)上辺の重量を支えにくくなる。
        > どうだろう。

        動画みたけど、簡単な話回し車で発生するGに輪ゴムが耐えられなくなりつぶれただけのようなw

        -> 速度が上がる
        -> 摩擦力が支配的になり変形(ようは、摩擦力を外形で支えきれない)
        -> 最終的には遠心力が支配的になりつぶれる。

        もっとも、つぶれたから遠心力が支配的になったのか、遠心力が支配的になったからつぶれたかは、
        この実験だけじゃ判らないけどね。。

        似たような実験は以前からベアリングなんかでもやっていたね。
        変形こそしないにしても、やっていることは一緒。

        • 回し車で発生するGに輪ゴムが耐えられなくなりつぶれただけのような

          ここでの回し車は、長距離の坂道をシミュレートしているだけなので、遠心力は発生していません。
          回し車の代りにベルトコンベアーを使用しても、同じ結果が得られます。

          親コメント
          • by Anonymous Coward

            > ここでの回し車は、長距離の坂道をシミュレートしているだけなので、遠心力は発生していません。

            ベアリングのときは、外周速度に追いつけなくなったときにGが発生していることは確認している。
            なので、当然影響が小さいとは思うがGが発生していると考えたんだけど。

            > 回し車の代りにベルトコンベアーを使用しても、同じ結果が得られます。

            じゃあ何でベルトコンベアーを使わなかったの!?
            < 実際机上の空論なのは判っているけど、お約束で突っ込んどきますw
            < ベルトコンベアーが無限に長ければ今回と同じ実験が出来るというw

            • by Anonymous Coward

              > ベアリングのときは、外周速度に追いつけなくなったときにGが発生していることは確認している。

              外周に釣られて移動すれば回転によるGが発生するけど、
              移動しなければ地球の重力が作用するだけだよ。
              遠心力によるGは一緒に回転してる系の外には伝わらない。

              > じゃあ何でベルトコンベアーを使わなかったの!?

              水平なベルトコンベアだとゴムが落ちちゃうので、
              徐々に下り坂にして増速しながら傾きも微調整しないと・・・
              それが難しいからタライの中でやってみたのでは?

              > < ベルトコンベアーが無限に長ければ今回と同じ実験が出来るというw

              出来ないと思う。回転せず無限に運ばれていくだけだよ。
              無限に長い下り坂でいいんじゃない?

    • by kei100 (5854) on 2010年07月31日 11時23分 (#1802882)

      上辺がだんだん下がってくるのはなぜだろう

      曲がっている形状から直線の形状に戻るのに必要な時間(復元時間?)の絶対値がどんどん減っているからではないでしょうか?

      # スタンディングウェーブ現象 [wikipedia.org]が連想されたけど、差異が良くわからない・・・

      親コメント
    • by Ragen (11294) on 2010年08月01日 6時48分 (#1803127) 日記

      > 上辺がだんだん下がってくるのはなぜだろう

      遠心力のせいじゃないですか?
      低速時では鉛直方向と水平方向で遠心力に差がありそうですし。
      高速時で、上辺がたわんで来た時なんかは、上辺の遠心力は
      鉛直方向下向きになってそうですよね。

      親コメント
    • by Driver (32138) on 2010年08月02日 11時16分 (#1803295) 日記

      > 上辺がだんだん下がってくるのはなぜだろう

      ゴムの接地面に加えられるベクトルが水平ではない(筒状のものの中でゴムが回っている)から上辺が凹むのだと思います。
      角度調整が可能な平面のベルトコンベアのようなものの上で輪ゴムを回転させると、また違った形になるのではないかと想像します。
      多分、平面上の場合はゴムの進行(?)方向が盛り上がる三角形のような形ではないかと。
      2つの大きさの違うプーリーに巻いたベルト [astamuse.com]のような感じだと思います。

      なぜそう思うのかって?
      同じような実験というか試みというか(研究ではなく好奇心)・・・・子供のころにやったことがある気がするんですよね。
      はっきり覚えていないので、単なる妄想か夢かもしれません。

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      あまり「輪ゴム」と「ゴムバンド」は区別されていない [kyowa-ltd.co.jp]のではないでしょうか。

  • by Anonymous Coward on 2010年07月31日 11時47分 (#1802891)
    この研究結果はどんな分野に役立つんでしょうね。全く役立たないということはないと思いますが。
    • 転がるゴムが主人公みたいなゲームを作るときに役にたちそうです。

      親コメント
    • Re: (スコア:0, フレームのもと)

      タイヤの動特性を知る上で有効な物理モデルになるじゃないか。

      自分が想像できなければ何でも「役立たず」呼ばわりすりゃいいってもんじゃ無いよ。
      むしろ自分の想像力の無さを悲観しなさい。

      --
      fjの教祖様
      • by Anonymous Coward
        親コメントは「どんなことに役立つんだろう?」という純粋な疑問から書き込んだ物でした。(“役立たず”呼ばわりの批判コメントではありませんでした)
        書き方とサブジェクトの付け方が悪かったですね。申し訳ありませんでした。
        • by Anonymous Coward
          あやまることないよ。
          • by Anonymous Coward

            イグノーベル賞は、役に立たない研究に贈られる、
            と、信じている人の割合を調べたら、イグノーベル賞はもらえるでしょうか?

      • by Anonymous Coward

        「イグノーベル賞=役立たず」って勘違いしている人がここにも・・・ orz
        # せめてググってください。

        • Re:イグノーベル賞候補 (スコア:1, フレームのもと)

          by okky (2487) on 2010年07月31日 21時11分 (#1803051) ホームページ 日記
          それ以前に、あなたが日本語を勉強するべきでは?

          「使い方が分からない」から「イグノーベル賞」と脊髄反射しているのは#1802891。
          #1802910は「使い方が分からない ⇒ イグノーベル賞」という脊髄反射を戒めてる。

          ちなみにこの手の実験では、非定常な物理現象を周期性のある状態に持ち込み観察、その結果から何が起こっているのかを解析するのは普通の実験。確かに動画としては面白いが、イグノーベル賞になるほど特異な実験でもない。その意味でも、イグノーベル賞候補扱いは過剰評価だね。
          --
          fjの教祖様
          親コメント
  • by Anonymous Coward on 2010年07月31日 12時00分 (#1802895)

    極低温状態に持っていけば形は変わらない…かな。むしろ粉々に。

    #液体窒素に入れたゴムボールを落とすと粉々になるって昔テレビでやってた

  • by Anonymous Coward on 2010年07月31日 15時28分 (#1802974)
    回転速度が上ると 速度を挙げていくと 回転速度を上げていくと スピードを上げると 全て異なる表現になっているのが興味深い
  • by Anonymous Coward on 2010年08月01日 0時21分 (#1803089)
    YouTubeで輪ゴムと言えば
    関連付けされた動画として
    ガトリングガンが出てくると思うのですが…乞うご期待か…
  • by Anonymous Coward on 2010年08月02日 9時33分 (#1803270)
    空気圧の低いタイヤで高速走行すると、タイヤの(接地面ではない)一部が凹型に変形することはかなり古くから知られています。
    そのまま走行を続けると、変形による発熱などによって最終的には破壊されるということも、自動車運転教習の中で教わった記憶があります。(時代が古すぎか?)
    タイヤが破裂して粉々になる映像も見たことがあるので、タイヤメーカーは相当に昔から研究している現象だと思いますが。
    輪ゴムとは全く別のメカニズムなのでしょうか。
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Stableって古いって意味だっけ? -- Debian初級

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