αゲルは衝撃を小さくできない？

質問

厚さ20ｍｍほどのαゲルに卵を落下させて，割れないのは，衝撃をαゲルが吸収したから，と説明していた。
衝撃は落下高さとダンピングストロークだけで決まり（衝撃ｇ＝Ｈ／ｓ）,厚さの薄いαゲルでは衝撃を小さくすることはできないと思う。
割れない理由はαゲルが卵を包むように変形したからだと思うのですが，どうなのでしょう。
物理に詳しい方，割れないメカニズムを教えていただけませんか？

回答No.6

amanon · ベストアンサー

No4です。
たぶん，衝撃という言葉の捉え方だと思います。
衝撃を，加速度で考えると，900Gという
値は変化しません。
（質問者のおっしゃるとおりです。）
一方，衝撃を”力”として考えたときには，
衝撃＝“衝撃応力”と置き換えられます。
衝撃応力とは，衝撃によって，弾性体に生じる応力のことで，これは，何と何がぶつかったかで変わってきます。
となると，“αゲルが卵に生じる衝撃応力を小さくした”
ということならば，これは間違いではありません。
ですが，衝撃応力という言葉は一般的ではないので，
“衝撃”と表現したのでしょうね。
辞書で引いてみると，衝撃ということばには，現象と力の，両方の意味があるようです。

卵が割れないメカニズムについては，ざっと考えるならば，おっしゃるように，αゲルの変形による圧力緩和で
いいと思います。
ただし，本来は衝撃応力を緩和するメカニズムまで含めて
考えるべきだと思います。
衝撃応力については，材料力学や衝撃工学で解説があります。ですが，αゲルのような粘弾性体と卵のような複合構造の場合は，どこまで理論が追いついているかは，把握しておりません。

お礼

回答ありがとうございます。
1000Ｇ近い加速度がかかるはず，と気がついてから，
これが正しいのかと気になっていました。
確認できてうれしいです。

回答No.5

no_smoking_pool

＞900Ｇでも卵が壊れなかった，と考えて正しいか
空気抵抗が無いとすれば正しいと思います。
この900Gは平均ですが。

ただ壊れるかどうかは圧力で考えるので、
＞割れない理由はαゲルが卵を包むように変形
という理由で正しいと思います。

割れないメカニズムという点では、αゲルが変形して接触面積を大きくする事で圧力を低くしている事が一つ。
それと接触部分による圧力分布のばらつきを小さくしている事があると思います。

後は卵を落下させた時に縦になりやすい性質があるのであればより強い衝撃に耐えられやすいのではないかと思います。
縦の状態で落下してきて着地後に少し転がるような動きをするとか。

回答No.4

amanon

衝撃を吸収するという説明で特に違和感が無いように感じますが・・・
一定高さから卵を落としたときに衝突時に卵が持っている運動エネルギをどこが負担するかで卵が割れるかが決まります。
完全剛体と衝突したとすると，エネルギは卵の殻にひずみとして蓄積され，殻が変形します。殻が許容できる変形量を超えた場合は卵は割れます。
αゲルなどの緩衝剤があるとすると，運動エネルギは
緩衝剤のひずみエネルギに変換されます。
緩衝材では，ひずみを熱に変換してエネルギを消散させます。落下物と緩衝剤の形状，大きさなどにより，緩衝剤の
見かけのエネルギ消散効率が決まります。
（大きい面積で接触するか，小さい面積で接触するかということは，この見かけの消散効率に寄与します。）
このような過程を経て緩衝剤はエネルギを消散させますが，見かけの消散効率を超過するエネルギについては
落下物に戻ってしまいます。したがって，いかに優れた緩衝剤でも，過大なエネルギを卵に与えて衝突させた場合は，卵は割れてしまいます。
αゲルは，通常の緩衝剤に比べて，エネルギ消散効率が高い物質のため，卵を落としても割れないというようなデモ
が可能です。(もっとも，最終的にはαゲルの厚さで，エネルギ消散量を高めています。)

補足

回答ありがとうございます。
卵の位置エネルギーがαゲルの熱に変換されるのは理解できます。
しかし，私が知りたいのは，18ｍ（宣伝による）から落下させたものを20ｍｍのストロークで止めると900Ｇが発生し，900Ｇでも卵が壊れなかった，と考えて正しいかということです。
また，どんな材料を使っても緩衝材の厚さ，つまり減速ストロークがが変わらなければ，加速度を小さくはできない，ということを確認したいのです。
衝撃の大きさは加速度で計るとするなら，αゲルは，衝撃を小さくしたわけでなく，衝撃がかかっても卵が壊れない変形をした，という理解が正しいのかということです。
物理に自信がないので質問しました。

回答No.3

pon_1955

αゲルによるダンピングストロークの増加と変形による包み込みの両方の効果が重なっていると思います。
　まず、ダンピングストロークのほうですが、いくら短いといっても、厚さが20mmあるのですから卵を受け止めるときの変形量は何ミリかあるはずです。これは、床などに卵がぶつかったとき床が変形する量よりはるかに大きいでしょう。ということは、この効果だけでも、卵を停止させるのに必要な力は、それにほぼ反比例して少なくなっているはずです。
　それから、おっしゃるようにαゲルが変形して力のかかる部分お面積を大きくしているので、力の合計は同じであっても、力が分散し卵が割れにくくなっている、という効果も大きいでしょう。
　実際のところ、どちらの効果が大きいのかは、実験したことがないのでわかりません。

回答No.2

kaneman

「衝撃」という言葉の使い方ではないでしょうか？？

質問者様が言われているのは加速度であり一般的（物理等を専攻していない人）には応力もしくは荷重を示していると思います。
「衝撃」を「衝撃応力」と考えれば、saodake様が言われているように接触面積の変化等で応力が低下し割れないということではないでしょうか？

回答No.1

saodake

分子のS＝時間が延びることで全体のエネルギーは変化しませんが、衝撃は減ります。薄いと言っても変形量は大きいので（時間が延びる）衝撃が小さくなります。卵の殻も固いので、ある一定以上の力がかからないと割れません。あと接触面積が大きくなることも衝撃を減らすことになります。よく言われる応力は、力を面積で割ったものですから。

補足

回答ありがとうございます。
「衝撃が小さくなる」という理屈がわかりません。
衝撃の加速度は，衝突速度から計算すると
V^2/2sとなるはずですから，材料が何であれストロークｓで衝撃加速度の大きさがが決まってしまうという疑問です。
加速度の算出式には時間が入っていませんよね。
（Ｖに関係する時間は落下高さで決まるから定数）
衝撃が大きいけど，面圧（衝撃力を重圧面積で割ったもの）が小さいので卵が割れない，がメカニズムなのでしょうか？