目を丸くする!斜めに立つ缶とマイケルのゼログラビティーの謎

ケン博士
サイエンストレーナーの桑子研です。このサイトで科学を一緒に楽しみましょう。 

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食後に実験できる!
誰もが目を丸くする実験の紹介!

空き缶をこんなバランスで立てたことありますか?

まずはこちらの動画または、写真を見て下さい。なんとこんな細長い空き缶が、絶妙なバランスで立てることができるのですね。

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まるでマイケル・ジャクソンの「ゼログラビティー」ようなので、「マイケル・ジャクソン缶」と名づけてみました。

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拙著『大人のための高校物理復習帳』よりマイケル・ジャクソンの絵は引用

缶の底と机をボンドでつけているわけではなく、机にはタネも仕掛けもありません。子供も絶対に驚くこの実験、ぜひ挑戦してみてほしいのですが、やってみるとなかなかうまくいきません。というか、そのままでは

できません!

それもそのはず、机にタネも仕掛けもないといいましたが、実は缶にある細工をしています。

缶の中には水が少しだけ入っています。だいたい5分の1くらいまで水を入れた状態にすると、
斜めの状態で、立たせることができるようになります。

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ビールやサイダーの缶など、横部分が少し斜めにカットされているものが最適です。例えばビールの空き缶などは、斜めにカットされているので、ビールの空き缶でもうまくいきます。

ぜひご自宅で、ビールを飲んだときに、挑戦してみてください。子供が目を丸くして、驚くはずです。もちろん子供用に用意したジュースなどの缶の中身はすべて抜いておきましょう。こうすることにより、子供が一生懸命挑戦しますが、立たなくて、お父さんの技術を尊敬するはずです(^^)

なぜ水を入れると、倒れなくなるのか?

ではなぜ缶の中に3分の1くらい水を入れると、
突然缶はこんなにも不安定な状態で立つようになるのでしょうか。

まず空き缶を立たせると、重心と垂直抗力の合力が一致し力が一直線上になります(作用線上になります)。

※缶の中に飲み物が入っている場合も、空の場合も同じです。

このとき物体のモーメント(回転させるための力)はつりあっており、物体は倒れません。しかし缶を傾けてみると、重心が垂直抗力の作用線上からずれてしまい、重力が缶を倒すような回転させる能力(力のモーメント)をもちます。このため空き缶は倒れてしまいます。

これが空き缶が倒れる理由です。ではマイケルジャクソン缶はなぜ倒れないのでしょうか?その秘密は、缶の中に水を少しだけ入れる(飲み物を残す)ことによって缶の重心の位置が左側に移動するためです。

こうすることにより垂直抗力の作用線上に重心がくるため、モーメントのつり合いがとれて、缶はこのような変な姿勢でバランスさせることができます。トンボのような形をしたやじろべえなどもこの力のモーメントのつり合いを工夫して、おもしろ状態で止まるようになっています。

このように、物体が立ってその場で静止をするためには、力のモーメントがつり合うという条件も
大切になってきます。

だるまについてもモーメントを考えて見よう!

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「だるま」がなぜ転んでも転んでも起き上がるのか、これもモーメントと深い関係があります。だるまの例を見てみましょう。だるまは、足がマルイ形をしており、重心が下にくるゆようにおもりなどが入っているのが特徴です。

このだるまを例えば大きく傾けていくとどうなるのでしょうか。

足がまるく、重心が低いため、垂直抗力の作用線と重力の作用線の県警から、だるまを戻す方向の力のモーメントが生まれます。

マイケルジャクソンのゼログラビティーの秘密

このように考えると、マイケルジャクソンはなぜ倒れないのか?不思議に思うかもしれません。マイケルジャクソンのゼログラビティーにも秘密があります。こちらの動画をごらんください。

こちらにトリックが載っていますが、実はマイケルもモーメントをうまくコントロールしていたのですね。詳しくは拙著「高校物理復習帳」をご覧下さい。

参考にこちらをオススメします。

なお斜めに立つ空き缶については、横川淳先生「気楽に物理」から知りました(^^)。こちらの本もおすすめです。

またぼくの書いた「大人のための高校物理復習帳」では、マイケル・ジャクソン缶とモーメントについてより詳しくまとめております。

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桑子 研(くわこけん)
 1981年群馬県生まれ。サイエンストレーナーとして全国で実験教室やICT活用講演会を開いている。著書は『大人のための高校物理復習帳』(講談社)、『きめる!物理基礎』(学研)など10冊。

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