水でタイヤは滑るのに指は滑らなくなる謎を4コマで解説
今回はまず、水によってタイヤと指にどのような違いがうまれるかを4コマで説明し、その後に新たな研究成果を紹介したいと思います。
4コマの性質上、詳細な説明は不可能ですが、発見の何が凄いかをわかってくれればと思います。
私たちにとって身近な水は、多くの不思議な性質を持っています。
そのうちの1つが摩擦や接着にかんするものです。
スーパーのレジ袋や新聞紙のページを扱うときに、舐めるなどして指の先に少量の水分をつけると、指と対象の間の摩擦力や接着力が増して上手く開くことができるようになります。
一方で、雨の日には水が摩擦力や接着力を減らし、車のタイヤを滑りやすくしてしまいます。
このように同じ水でも、条件次第でまったく逆の効果をもたらすことがあります。
材料工学においても摩擦や接着における水の2面性は古くから注目を集めていました。
現代においてはこの問題は解明が進んでおり、主に水の量が重要であることがわかっています。
たとえば指を舐めると少量の水が指表面のデコボコを埋め、レジ袋や新聞紙との接着面積を増やし、それが摩擦力を増してくれることがわかっています。
一方、雨の日のように大量の水があるときには、タイヤと道路の間に大きな水の層が形成されてしまい、タイヤと道路の接触を妨害する潤滑材になってしまうため、滑りやすさが増すとされています。
同様にお風呂の中で絆創膏を張ろうとして失敗してしまうのも、大量の水が皮膚と絆創膏の間に層を作ってしまうからです。
しかしこの理論で説明できる範囲は限られています。
自然界の中では濡れた壁を駆け上るヤモリや海中の岩に張り付くムール貝など比較的多くの水が存在する状況で強い接着力を持つ生物の例が存在します。
また近年開発された手術用接着剤は、大量の血が流れ出ている場所でも血管の穴を素早く塞げることが示されました。
つまり、周りに大量の水があり、物体の間に水の層が形成されやすい状況でも、接着が上手くいくことがあるのです。
実際、これまで構築されてきた摩擦や接着に関する理論も、水がない乾燥した状況では上手く機能するものの、水がある状況では成り立たないことが知られています。
特に水を挟んで向かい合っている2つの表面を分離するときの力については、理論と現実の不一致が大きくなります。
物を濡らすと接着力が増すという現象は誰もが経験したことがあるのに、その詳しい仕組みは謎に包まれていたわけです。
もしこの問題を解き明かすことができれば「雨の日のタイヤと道路」や「濡らした指とレジ袋」など、水を介して接触するあらゆる物体への理解が大きく変わることになるでしょう。
そこで今回アクロン大学の研究者たちは、水があるときに物体の間で何が起きているかを改めて調べることにしました。
