紐なしでピタッと固定！段ボールをまとめる「くさび」の物理学（ライフハック）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
通販の荷物が届くたびに、部屋の隅に増えていく段ボール。紐で縛ろうとしても、うまく結べずにバラバラ崩れてしまった経験はありませんか。実はこの悩み、ビニール紐を一切使わずに解決できてしまうんです。しかも、その仕組みを紐解いていくと、くさびを使った奥深い物理の世界が広がっています。今日は私が普段から実践している、エコで簡単な段ボールまとめ術をご紹介します。
紐を使わず段ボールをまとめる手順
まず、まとめたいダンボールを集めましょう。
この中から、一番大きい段ボールを選びます。
段ボール箱の耳の部分を片側だけ内側に折りたたみます。
4枚全て折りたたみましょう。折り畳んだ方を下にして、立てます。
ここでポイントになるのが、折り畳んだ段ボールの耳と本体との間の隙間がV字になっているということです。
この隙間に向かって、他の段ボールを差し込みます。ぎゅっと奥まで差し込みましょう。
するとガッチリと固定されて、なかなか取れないようになります。差し込んだ段ボールを持ち上げても、全体がそのまま持ち上がります。面白いですね。実際に持ち上げてみました。
他のダンボールもどんどんV字の隙間に向かって差し込んでいきましょう。
これでも十分でガッチリ固定されています。持ち上げてみても外れません。
ですが、回収業者さんが持っていきにくい形になってしまうため、私は最後に一周ビニール紐を巻いて、持ちやすいようにしています。
これを回収場所に持っていくだけです。簡単ですよね。
V字の隙間が生み出す「挟み込み」の力
では、なぜこれだけでガッチリ固定されるのか、仕組みを説明していきます。実はこれ、斧が木に食い込んで抜けなくなるのと同じ仕組みです。薪割りなどをしていて、中途半端に斧が入って木にめり込んだ時、なかなか抜けなくなることありますよね。
V字の部分に段ボールを差し込むと、差し込んだダンボールがそれぞれのV字の壁を押し込みます。
押し込んだ向きそのものは下向きの力なのですが、V字の壁は斜めになっているため、その力は壁に対して垂直な方向となります（赤の矢印）。
赤が差し込んだダンボールが壁を押す力、緑がその合力。
この反作用として、差し込んだ段ボールは左右それぞれの壁から反対向きの垂直抗力を受けます。つまり、段ボールが両側から挟まれる構造になるわけです。普通はこの反作用力の合力によって、差し込んだダンボールは上に力を受けて飛び出していきそうなものですが、そうはなりません。
これはダンボール同士の摩擦係数が大きいというのもありますが、楔型の部分から受ける強い垂直抗力によって、段ボール同士の間に働く摩擦力がアップするためです（摩擦係数×垂直抗力）。そのため、最大摩擦力も増えます（図の赤の矢印）。なおここに示した力一つは小さな力ではありますが、このようなことがV字型の部分の至る所で起こっているため、総合すると大きな力になります。だから、差し込むときはスッと入るのに、引き抜こうとするとなかなか抜けない、ガッチリと固定されるという現象が起きるのです。
これは小さな摩擦力をまとめると大きな力になるというハブラシ実験に通じるものがあります。
歯ブラシ２本を組み合わせると、毛先1本1本が生み出す摩擦力はごくわずかですが、無数の毛が接触面積を増やし、垂直抗力を稼ぐことができ、重いバナナをふさごと持ち上げることができます。
実はこの「垂直抗力を増やすと摩擦力が上がる」という性質、身の回りの意外なところにも顔を出しています。
例えば、お相撲さんが体を大きくするのも、この理屈と無関係ではありません。体重が増えるほど土俵を踏みしめる力（垂直抗力）が大きくなり、それに比例して足裏と土俵の間の摩擦力も大きくなります。組み合ったときに踏ん張りが利きやすくなるのは、単なる力の強さだけでなく、こうした摩擦力の恩恵も受けているというわけです。
段ボールをV字の隙間に挟み込む今回の裏技も、まさにこの「垂直抗力を増やして摩擦力を稼ぐ」という発想を、うまく生活に応用したものだと言えます。斜めの壁を使って下向きの力を横向きの圧力に変換する、この仕組みはくさびと呼ばれる古くからの力学的な知恵そのものです。斧が木に食い込んで抜けなくなるのも、ドアストッパーが床とドアの間で動かなくなるのも、根っこにある原理は同じです。
私はテーブルクロス引きと摩擦力についても興味があって、以前調べたので参考までに載せておきます。
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