潰されるアルミ缶は破裂直前に「不思議なシマシマ」が現れると判明

なぜへこみは「1本ずつ増える」のか？

まず大事なのは、中に何が入っているかで缶の潰れ方は大きく変わるという点です。

空き缶の中身はほぼ空気です。

空気は押されると体積をかなり減らせるため、缶全体が押し込まれたときも、中身は比較的“逃げる”ことができます。

そのため、薄い缶の壁のどこか弱い部分が一気に崩れ、局所的で急な座屈が起きやすくなると考えられます。

いわば、我慢が限界を超えた瞬間に急崩壊するイメージです。

ところが液体入りの缶では事情が違います。

液体は空気と比べてずっと圧縮しにくいため、缶を縦に押しても中身はあまり縮んでくれません。

すると缶の薄いアルミの壁は、ただ短くなることができず、代わりに、薄いアルミの壁の一部が折れ曲がることで、変形を受け止めようとします。

こうしてまず、缶のどこかに最初の輪っか（へこみ）が現れます。

（※多くの場合、それは缶の中央付近から始まります。）

ところが、変形がある程度進むと、今度は逆に“また持ちこたえる感じ”が出てきます。

缶の材料は、単純にずっとやわらかくなるわけではなく、いったん変形しやすくなったあと、また硬さを取り戻すような振る舞いを示すと考えられています。

この性質があると、すでにある1本のへこみを際限なく深くするより、あるところで新しいへこみを隣に作ったほうが変形を受け流すうえで有利になります。

たとえるなら、やわらかい紙筒を指で押したとき、1か所だけをどこまでも潰すより、少し離れた場所に次の折れ目が入ったほうが全体として無理が少ない、という感じです。

こうして缶は、1本の大きな崩れに向かうのではなく、へこみを1本ずつ増やしながら変形を分配するようになります。

すると、すでにある輪っかをさらに深く育てるより、新しい輪っかを隣にもう1本つくるほうが都合のいい局面がやってきます。

これが繰り返されることで、輪っかが1本ずつ増えていきます。

実験では、この「1本増えるたびに変形の段階が切り替わる」ことが、押しつぶすときの荷重の変化にはっきり表れました。

缶を押していくと、最初のへこみが生まれた瞬間、それまで必要だった押す力が急に小さくなります。

これは、缶がまっすぐな筒のまま踏ん張る状態から、へこみを作ることで変形を受け流せる状態へ移るためだと考えられます。

そのあと、そのへこみが深くなっていくあいだは、今ある輪っかをさらに育てるために、また少しずつ大きな力が必要になります。

しかし、そのへこみがある程度まで育つと、同じ場所をさらに深く押し込むより、隣に新しいへこみを作るほうが楽になります。

すると次の輪っかが現れ、その瞬間に必要な力がまた急に小さくなります。

つまり缶は、ずっと同じ調子で潰れていたのではなく、「1本のへこみを作ると少し楽になる」→「そのへこみをさらに育てるにはまた力が要る」→「次のへこみができるとまた楽になる」という切り替わりを繰り返していたのです。

実際、論文の力‐ひずみ曲線でも、輪っかが現れるたびに荷重が落ち、その後また持ち直すギザギザした変化が見られます。

またこれは、缶を押す速さを変えても結果はほとんど変わりませんでした。

しかも、このシマシマには気分や偶然ではなく、ちゃんとした法則のようなものがありました。

輪と輪の間隔は、缶の半径と厚みから決まる代表的な長さにほぼ比例していました。

要するに、太さと薄さが変わればシマの細かさも変わるのです。

ではここにはどんな法則が動いていたのでしょうか？