あけましておめでとうございます!科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、今年も最新科学の?に挑戦し続け、わかりやすい情報提供に努めます。
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 水の上を走る動物がいる。何という動物でしょう?

 正解は「バシリスク」です。NHKの「ダーウィンが来た!」で有名になりました。

 バシリスクは中央アメリカにすむ雑食性のトカゲで、体長 80cm内外。全体的に緑色をしている。雄の頭部にはとさかのような大きな飾りがあるのが特徴であるが、一番の特徴は水面を走ることである。

 イエス・キリストは聖書の中で、水上を移動した記述があるが、それにちなんでキリスト・トカゲともいうそうだ。確かに、普通の人には絶対にできない運動である。

 ある研究者によると、もし人が水の上を歩くとしたら時速106km/時のスピ−ドが必要なのだそうだ。人の100m走の世界記録は37km/時だから、とても無理な話である。

 バシリスクにはそれができる。バシリスクは1秒間に20回も足を回転させる。このとき水面を蹴る足には、衝撃力と抵抗力と浮力がはたらき前進できるのだそうだ。

 それでは、科学的に人が水面を走る方法は他にないのだろうか?

 もし、水が固体であれば、氷の上をスパイクシューズをはいて走ることはできそうだ。だが氷面であって、水面ではない。もし水が瞬間的に氷になればそれが可能なのだが、そんなことがあるのだろうか?

 それがあった。ふだんは、水のような液体状態だが、衝撃を与えると瞬間的に氷のような固体になる現象がある。それが、最近話題のダイラタンシー効果である。

 ダイラタンシーは、非常に小さい粒子が水と混ざると起きる現象で、デンプンを水と混ぜることによって観察できる。自然界では石川県の千里浜が有名である。ふつうは砂浜ではタイヤがめり込み、車は砂に沈むが、この浜では、乗用車から観光バスまで平気で走っている。

 千里浜の砂は、きめ細かく、砂に海水がしみ込むとで引き締まり、自動車の重みでダイラタンシー効果が起きる。今日は不思議な現象「ダイラタンシー」について調べたい。(参考HP Wikipedia・NHKダーウィンが来た!

 ダイラタンシーとは?


 物体にずり応力(物体の中にかかる力)が発生して、液体の状態から固体に変化する現象である。この現象が起こる物体を「ダイラタンシー流体」という。ダイラタンシー流体は粒子が小さいため、力を加えて粒子が密集すると粒子の間の隙間が小さくなり、強度が増し、固体になる。しかし、力を加えるのを止めると再び粒子の間の隙間が広がり、元の液体に戻るのである。

 代表的な例
 
 生クリームの泡立て。ヤマノイモやナガイモの磨り下ろし。 水溶き片栗粉。千里浜の砂浜がその例である。

 千里浜砂浜を足で踏み付けたり、押さえ付けたりすると砂は硬くなり、海水を含むと更に硬くなる。普通の乾いた砂浜では自動車のタイヤは滑りこんでハンドルの操作ができなくなるのだが、この現象があるところでは砂が硬いため、自動車で通行したり、砂浜に駐車することができる。石川県の羽咋市から宝達志水町にかけての千里浜の砂浜がある。

 ダイラタンシーの作り方


 水に片栗粉かコーンスターチを入れて、しばらく混ぜる。うまく水の量を調節すると、その液体を握ると固体のようになり、手の中で硬くなるし、握りつぶせば罅が入るようになる。しかし、握るのを止めると再び液体状になり、指の間から流れ落ちる。これが、最も一般的な作り方である。また、炭酸カルシウムとベンゼンとデンプンを混ぜても作れるが、ベンゼンは有毒で、燃焼性が高く、危険なので、通常の実験で行うのは止めたほうがよい。

 流体の構造

 ダイラタンシー流体の粒子は隙間の空間が最も小さくなるように並んでいる。この並び方を「最密充填」という。スーパーにリンゴやミカンがピラミッドのように高く積まれていることがあるが、この積み方も最密充填である。これは、1611年、ドイツの数学者、天文学者のヨハネス・ケプラーが最密充填が最も空間が少ないと推測した。1997年にはアメリカ合衆国のミシガン大学のヘイルズが数学的に証明した。

 片栗粉や千里浜の砂を水に混ぜると最密充填の詰まり方になり、粒子と粒子の間に水があり、潤滑剤の役目をして液体のように流れる。最密充填は上からの力に弱く、上の粒子が下の粒子と反発し、動かなくなる。上側にある水分が下側に移動して上側が固体になるのである。(出典:キリヤ薬品)
 

参考HP アイラブサイエンス2008.1.19
分散系で見られる不思議な流体「ダイラタンシー」と「チキソトロピー」
 
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