輪ゴムが太くなったり細くなったりできるのは分子が自由に動いているから!

チコちゃんに叱られる
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輪ゴムを引っ張ると、細くなり、戻すと元の太さに戻る。

これは(ゴムの分子は)、水の分子と同じように自由に動き回っていたいので、伸ばされてもまたすぐにぐちゃっとした状態に戻るから、だそうだ。

わかったような、わからないような…

6月5日の「チコちゃんに叱られる!」。
ゲストは3回目の登場の夏菜と「準レギュラー通り越して、オリジナル通り越して、殿堂入り!14回目の登場シティボーイズ1号」と紹介された大竹まこと。

最初の問題は「ゴム」について。

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なんでゴムは伸び縮みするの?

「この中で一番、のびのび生きている素敵な大人」という事で大竹が指名される。

チコちゃんが「ゴムは引っ張ったら伸びるが離すと縮む…なんで?」と大竹に聞く。

大竹はすかさず「なんでそんなこと聞くの?」と返すが、岡村に「14回も出てんのに」と突っ込まれる。

大竹は「伸びたら、みんな元に戻ろうとするわけだよ。だから繊維の間に帰ってこ~いよ♪と言ってるんだよ、繊維が!」と答える。

それを聞いたチコちゃんは「やかまし~てしゃーないわいな。それ」とあっさり却下。そして「ボーっと生きてんじゃねーよ!」と言う。

〇チコちゃんの答え
⇒ゴムは伸び縮みするのはまるで水のようだから

ゴムの分子がまるで水みたいだから

詳しく教えてくれるのは、ゴムの分子に詳しい東京工業大学の中嶋健教授。

「ゴムが伸び縮みする理由は、ゴムの分子がまるで水みたいだから。ゴムの分子は非常に特徴的なので分子の構造について説明しましょう」という。

ゴムの成分

最近は石油から作る合成ゴムが多いが、ゴムはもともとゴムの木から採取された白い樹液が主な原料として作られていた。

樹液からできたゴムの分子は紐のように長く繋がっている。
それは1本の長さが100ナノメートル(1万分の1ミリメートル)、電子顕微鏡でも見えないくらいの小ささだ。

ゴムの形態が変わる理屈とは

液体の水は(個体である氷に比べて)決められた範囲の中で、分子が自由に動き回っている。ゴムの分子をグラフィックスしたものを見ると、常に自由に動き回っているので水と同じような性質といえる。

先生は輪ゴムをもって「この輪ゴム、引っ張ると細くなる。輪ゴムが太くなったり細くなったりできるのは分子が自由に動いているからなのです」という。

水にたとえてみると…

 

100mlの水がビーカーに入っているとこの太さです。この水をメスシリンダーに移動すると、同じ100mlにもかかわらずこんなに細くなります。これと同じことがゴムの中で起きている。」

「ゴムの分子は水のように自由に動き回る。なので同じ体積のまま、太くなったり細くなったり形を変えることができるのです」

この時どういう事がおきているかというと…

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毛糸で例えると…

先生は、色の違う毛糸が絡まっている状態のものを手にする。

「毛糸一本がゴムの一分子。まずゴムが縮んでいる時はこのような状態(長い分子がいくつも絡みあいぐちゃとしている状態(この時は自由に動き回っている状態)。

ゴムが引っ張られると(というと、両手で引っ張る。すると毛糸の一本一本がまっすぐになる)。…このようになる分子は動き回れません。でもゴムの分子は自分達が自由に動き回りたいと思う性質があるので、(引っ張る力を緩めると)また元に戻ってこのような状態になるのです」と説明する。

「どうですか?わかりますか?」と先生はスタッフに聞くが、スタッフは「あまりわからない」答える。

どうして縮むのかゴムの気持ちになればわかる、と先生は言う。

そこでスタッフは、ゴム分子の気持ちを探る検証実験をすることに…。

検証実験「ゴム分子の気持ち」

ゴム分子の特徴

・ゴム分子の特徴は紐のように長く繋がっている
・自由に動き回ることができる

ルール

・仮想ゴム分子の6人の手首を繋ぎ、手は使える状態で自由に動いてもらう。
・部屋の中には机イス枕など、携帯や自分の荷物使うのも、何を使ってもOK。

仮想ゴム分子の皆さんはどのように動くのか…

検証

仮想ゴム分子の皆さんは、それぞれ自由に動き出した…

自由に動きたいのでお互いが近づき繋がっている手の自由度を増す作戦をとっている。
(ゴム分子のようにぐちゃッとした状態に見える)

そこに…

目の前の舞台の幕が開いてシティボーイズ(2号の)斉木しげるが登場し「恋人たちのゴム脳」(1994年 LOVER’S RUBBER BRAIN)を歌う。(彼の持ち歌?)”

この歌を聞き、手拍子をしていた6人の両端の人が引っ張られると、仮想ゴム分子の皆さんは自由に手を動かせなくなって手拍子が打てなくなった。引っ張るのをやめると縮んで、手拍子が出来る。

歌が終わって最後には仮想ゴム分子の皆さんは、自然に集まった状態になった。

結論:つまりゴムの分子は自由に動き回っていたいので、伸ばされてもまたすぐにぐちゃっとした状態に戻る=これがゴムが伸びて縮む原理

VTRを見終わった先生にスタっフが「こういう事でしょうか?」と聞くとは「そうそう、そういう事ですブラボー」と喜んで拍手をした。

※6月5日「チコちゃんに叱られる」より抜粋・参照

まとめ

この問題の説明は、TV画面では絵や写真、動画があるのでわかりやすかったが、文字に起こすと、うまく伝わらない。

ゴムの伸び縮みの理屈が一番わかりやすいのは、小学校時代理科の実験で使ったことのあるメスシリンダーとビーカーだろう。

細いメスシリンダーと太めのビーカーに同じ量の水を入れた状況を想像できると思う。
量が同じで形状が変わるのだ。

そしてゴムの分子はこの水と同じ性質だということらしい。
…わかったかな?

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