雑学界の権威・平林純の考える科学

 「輪ゴムでバンジージャンプ!」をやってみたくなったことがある人は、意外に多いものです。 机を前に、ツマラナイ作業を続けていたりすると、誰しも「うぉー、こんなことやってられるかぁ−!」と叫びたくなり、そして、机の上に転がる輪ゴムを繋げて「ひとつバンジージャンプでもしてみようか!」と思うわけです。たとえば、輪ゴムで32メートルのバンジージャンプをされたこの動画の方たちのように、高いところから輪ゴムを命綱にエイヤッと飛び降りてみたくなるものです。けれど、それで大けがでもしたら・あるいは天に召されてしまったりしたら、それはとても困ります。…というわけで、今回は「輪ゴムでバンジージャンプ!」をやってみたい人への実践的なアドバイス(バンジーセット作成編)です。

 バンジージャンプをするためには、

  1.   1. 何メートル飛ぶか
  2.   2. 輪ゴムを何本繋げるか
  3.   3.(さすがに輪ゴムを繋げたものがひとつだけあっても体重を支えきれないので)輪ゴムを繋げたものを何本用意するか


を決めなければなりません。実は、これらの選択肢は「一番最初の選択」である、何メートル飛ぶかということを決めると(そして、輪ゴムの本数を可能な限り少ないしたい…という経済原理にしたがうと)、自動的に決まります。たとえば、下に示した図は、体重60キログラムの人の場合に、何メートルのバンジーをしたければ、何本の輪ゴムを繋ぎ・それをさらに何束たばねれば良いかがわかるようにしたものです。このグラフでは、青く塗りつぶした部分が「バンジージャンプが成功する条件」で、赤く塗りつぶした部分が(バンジーが)失敗する条件です。たとえば、体重60キログラムの人が20メートルバンジーをするなら、18号の輪ゴムを100本繋ぎ、さらにそれを1000本くらい束にして、つまり10万本のバラならぬ10万本の輪ゴムを使って、バンジージャンプ用具を作らなければならない…というわけです。

 こうした計算をしてみると、冒頭でリンクした輪ゴムでバンジージャンプをされたこの動画の方たちは、使った輪ゴムがたった3000本では、それは絶対失敗するはずだ…ということがわかるわけです。30メートル飛び降りるためには、最低限150本の輪ゴムを直列に繋いだ上で、それを1000本束ねる=15万本の輪ゴムを使わないとダメ、という結果です。

 ちなみに、何メートルのバンジージャンプをするためには、輪ゴムをどんな風に繋ぎ・束ねれば良いかという問題は、飛び出す場所の位置エネルギーと輪ゴムの弾性定数をもとにした弾性エネルギーの保存則と、輪ゴムは元の大きさの4倍以下にしか伸ばすことはできないという制約不等式、さらに輪ゴムを可能な限り減らしたいという経済原理を使うことで解くことができます。輪ゴムの繋ぎ方・束ね方で各輪ゴムに分配されるエネルギーが違うことを考慮してエネルギー保存則を解き、輪ゴムが伸びることができる上限や、なるべく輪ゴムの本数を少なくしたいという経済原理により、何メートル飛びたいかという条件が決まると自動的に値が決まるのです。

 さて、一番重要な「何メートル飛ぶか」ですが、それは「あなたの度胸と向こう見ずさ」次第です。どきょう・向こう見ずさに関しては、計算無しで(圧倒的に輪ゴム本数足りない状態で)30メートルのバンジーを行った輪ゴムでバンジージャンプをされたこの動画の方たちに教えを請うのが良さそうです。

 「運動エネルギー」というキーワードで、日本の憲法や法律・法令といった文章に検索をかけてみると、どうなるでしょう? 憲法や法律文章を調べても、理科の実験で習うような「運動エネルギー」なんて言葉は登場しないものでしょうか? それとも、意外な場所で出現していたりするものでしょうか?

 実は、とても重要な法律の中に「運動エネルギー」という言葉が登場しています。 それは「銃砲刀剣類所持等取締法」「銃砲刀剣類所持等取締法施行規則」で、けん銃や小銃といった「銃砲」がどういうものかを定義する箇所です。銃砲刀剣類所持等取締法 第一章 第二条 と 銃砲刀剣類所持等取締法施行規則 第三条によれば、「銃砲」というのは、運動エネルギーが「20 × 弾丸の断面の面積(cm^2)」ジュールを超えるものを指すのです。

銃砲刀剣類所持等取締法(昭和三十三年三月十日法律第六号)
第一章 第二条
 この法律において「銃砲」とは、けん銃、小銃、機関銃、砲、猟銃その他金属性弾丸を発射する機能を有する装薬銃砲及び空気銃(圧縮した気体を使用して弾丸を発射する機能を有する銃のうち、内閣府令で定めるところにより測定した弾丸の運動エネルギー(単位はジュールとする)の値が、人の生命に危険を及ぼし得るものとして内閣府令で定める値以上となるものをいう。以下同じ。)をいう。


銃砲刀剣類所持等取締法施行規則(昭和三十三年三月二十二日総理府令第十六号)
第三条(人の生命に危険を及ぼし得る弾丸の運動エネルギーの値)  弾丸の運動エネルギーにつき法第二条第一項の内閣府令で定める値は、弾丸を発射する方向に垂直な当該弾丸の断面の面積(単位は、平方センチメートルとする。第百条において同じ。)のうち最大のものに二十を乗じた値とする。

 ということは、たとえば、密度11グラム/cm^3の鉛製の(計算しやすく)1cm角の弾丸を発射する器具があったなら、この弾丸を発射したとき20ジュール以上の運動エネルギーを与えてしまうと、それはイコール「鉄砲」であるということになります。その「鉄砲か否か」となる境界値を計算してみると、秒速60メートルとなります。つまり、1cm角の鉛弾丸を秒速60メートルで打ち出す器具があれば、それは「銃砲刀剣類所持等取締法」で規制される「鉄砲」となるわけです。*

 ちなみに、野球硬球ボールを時速140kmで投げると運動エネルギーは約110ジュール、野球硬式ボールの断面積(cm^2)の20倍は約760ジュールなので、野球硬球ボールを時速370kmで投げると、「銃砲刀剣類所持等取締法」で規制される「鉄砲」レベルの「人の生命に危険を及ぼし得る」殺人弾丸級という計算になります。銃刀法で取り締まられる「鉄砲」が「運動エネルギー」で決まるというのは、何だか面白いと思いませんか?

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* 秒速60メートルということは、時速220キロメートルですから、もしも鉛製の(計算しやすく)1cm角の弾丸を時速時速220キロメートルで投げることができる野球ピッチャーがいれば、それは「人の生命に危険を及ぼし得る」になります。

 濡れた髪を素早く乾燥したい時の定番テクニックは、濡れた髪からタオルで水分をよく拭き取った後にドライヤーをあてる、吸水性の高い繊維を頭に巻きつつドライヤーをあてる、髪の根元から乾かすことで一旦乾かした箇所が再度濡れてしまうことがないようにする、といったところでしょうか。しかし、科学的計算によれば、髪を素早く乾かすことができる意外に効果的なテクニックが存在してるのです。…それは、指を開いた手を髪に差し込み、掌(てのひら)を素早く(ドライヤーの風を横切るように)左右に振りつつドライヤーの風をあてる、というものです。

 日本工業規格JIS9613(ヘヤドライヤ)によれば、ドライヤーは、吐出口から 30mm 離れた位置において70℃以上140℃以下の熱風が秒速5メートル以上の速度で吹き出すように作られています。といっても、髪にドライヤーの吹き出し口をあまり近づけると、髪の毛が100℃近くなり熱で変質してしまうので、現実的には15センチメートルくらい離れた箇所からドライヤーの風をあてるということになるでしょう(参考&右図:花王ヘアケアサイト)。すると、たとえば1200ワット程度のドライヤーでは、髪の毛の温度を80℃程度に抑えつつ乾燥させることができるようになります。

 15センチメートル離れたところからドライヤーで髪の毛に風をあてるとすると、秒速15メートルほどで熱風を吹き出すドライヤーの場合で、吹き出し口から15センチメートルくらい離れたところでは、熱風の風速はおおよそ秒速6メートル程度になります(参考&右図:ヘアドライヤーではないですが”HP162 ハンディタイプ包装機の(熱)風の吹き出し方を調べてみました”)。つまり、ドライヤーの吹き出し口での風速・温度が、15センチメートル離れたところでは大体半分になるという具合です。

 さて、指を開いた手を髪に差し込み、掌(てのひら)を素早く(ドライヤーの風を横切るように)左右に振るとどういうことが起きるでしょうか?掌を左右に高速でシェイクしてみると、大体20センチメートル程度の幅を秒6回程度で振ることができます。つまり往復で40センチメートルの距離を秒6回ということで、ドライヤーの風に対して(横切るように)秒速240センチメートルもの動きを髪の毛に与えることができます。この動きをドライヤーの風に加えてやると、秒速6メートルのドライヤーの風が秒速6.5メートル相当に変化します(風の向きに対して鉛直に振っているため、残念ながら6+2.5=8.5とはなりません)。

 そして、髪が約15グラムの水分を含んでいるものとして、温度80℃の熱風が①秒速6メートルで吹き付ける場合と②秒速6.5メートルで吹き付ける場合の乾燥時間をシミュレーションしてやると、前者が1分40秒(100秒)、後者は1分36.5秒(96.5秒)で髪の毛が乾くという結果になります。つまり、3.5秒ほど速く髪の毛を乾燥させることができる、というわけです。パーセンテージに直すと、乾燥時間を約4パーセント時間を短くすることができるのです。ということは、髪の毛が長くてドライヤーを5分(300秒)使っている人であれば、一回あたり12秒短くすることができる、…さらに1年365日あたりにすると、12×365=4380秒=73分=1時間13分も時間を有意義に使うことができる、というわけです。

 指を高速にプルプルと震わせるたけで、濡れた髪を素早く乾かすことができる!?(計算上はそうなるはず)という㊙テクニック、試してみるのはいかがでしょうか?