イカ娘の触手の物理的疑問

質問

昨年放送されていた「侵略！？イカ娘」について、物理的に疑問に感じたことを質問します。
イカ娘は自分の10本の触手を自由に伸ばして、モノを持ち上げたりします。
ここで疑問です。
モノをテコの原理で持ち上げるということは力点、支点、作用点という力学の基本があります。
作用点というのが、触手の先
支点が触手のあるイカ娘の頭
力点は触手のあるイカ娘の頭
です。
支点から力点の距離が離れているほど、小さい力でそれ以上の重いものを持ち上げることが出来ます。
逆に、短ければ必要以上の力が必要になります。
イカ娘の触手の場合、
支点＝力点
となります。
作品の中で小学3年生を4人を10mほどのリーチで持ち上げるシーンがありました。
小学3年生の体重の平均を25キロと仮定して、100キロを持ち上げます。
イカ娘は「腕のわっかで自分の体重を100キロまで増やせる、なぜなら持ち上げる時に重さが必要だから」と説明しています。
しかし、
支点＝力点
の場合、持ち上げるのはほぼ不可能です。
張力が必要になります。
触手の先にそれを吊り上げるロープみたいなものが必要になるはずです。
イカ娘の体重が100キロだろうと1000キロだろうと、触手の材質はわかりませんが持ち上げるのは不可能と思います。
あるいはそれを実現するには、同じ本数の触手を反対方向に伸ばし、同じ以上の重さの錘を使わなければならないと思うのですが。
あるいは触手の根元に、すごい強力なトルクをもったエンジンみたいな動力があるのかと思います。
しかし、日本で最高の馬力の高級スポーツ車でも、トルクは40kg/m程度です。
1m先の40キロの物体を回すひねりの力しかない計算です。
非科学的なアニメですので、別に目くじら立てるものではありませんが、あの持ち上げる行為を実現できる方法を詳しく科学的に説明できる力学の得意な方のお答えをお願いします。
出来れば計算式とか方程式とか、具体例の提示もお願いします。

回答No.4

hitokotonusi · ベストアンサー

単純化して添付図のようなクレーンを考えます。

クレーンを剛体として扱うと、このクレーンに働いている外力は左足(青丸)のところの垂直抗力f、右足のところ(赤丸)の垂直抗力Nと重りにかかる重力mg、それと、クレーン自身の重力Mgです。

触手の張力とかアームを回すモータの力とかは内力になるので全体としての運動には寄与しません。

上の四つの外力のつりあいと力のモーメントのつりあいが維持されていれば、クレーンはこの状態を維持できます。この状態が維持できれば、三角のてっぺんのモーター(黒丸)を回すことで重りを持ちあげることができます。

この状態が維持できなくなるのは青丸のところの青の垂直抗力が0以下になる場合で、この場合は右足を軸に回転してクレーンは転倒します。

イカちゃんの触手が非常に軽いとすると、クレーンのアーム部分の質量が無視できます。するとクレーンの重心はだいたい緑丸あたりにあります。この重心の位置を基点にして、クレーン左右の脚までの水平距離をそれぞれH、アームの先の重りまでの水平距離をLとします。

すると、左足(赤丸)まわりの力のモーメントのつりあいを考えると

2fH + mg(L-H) = MgH

これから

f = (M+m)g/2 - mg(L/2H)

f>0となる条件をこれから求めると

( 1 + M/m ) H > L

となるので、クレーンと重りの質量比M/mが大きいほど遠くのものを持ち上げることができるというのはウソではないです。ただし、M=mのばあいであれば

2H > L

なので両足のはば程度までしか持ち上がりません。

・・・・で合ってるんじゃなイカ？

お礼

なかなか理論的に説明いただきまして。
結論から言うとイカ娘が足を開いて、その長さ以上の触手になると無理って事ですかね？
ならば、現実的には、1m程度先のものを持ち上げるのは可能という事だと思います。
丁寧に図説もついていて、わかりやすかったです。
ベストアンサーにさせていただきます。
ありがとうございました。

回答No.3

TT414

その手の番組は不可能ごとが多いです。
600万ドルの男、バイオニックジェミーなどは両足と片手をサイボーグ化されています、背骨は人間のままです。サイボーグ化された片手で重いものを平気で持ち上げています。

日本のSF小説ですが正しいものもあります。
片腕を事故で失い義手をつけました、重いものを平気で持てます、その後義手の一部を壊されたときに重いものが肩にかかる重量のせいで持てなくなりました。義手が正常時に平気で持てた理由は重力場制御装置が付いていたせいでした。腕一本分の値段は高級恒星間旅客船ぐらいするそうです。

お礼

SFっぽい話になりますね。
なんとか現代物理学で、あの触手を実現させたいのですが。
10本あれば便利ですよねぇ。

回答No.2

noname#175206

私は、イカ娘ちゃんは絶対に嘘をつかないと信じているので、100キロまで体重を増やせると思っています（キログラムかキロトンか、はてさてと思ったりはしますが）。

　質問者様が仰る通り、普通の人間が重りを付けて100キロの体重になり、超軽い伸縮自在の半端なく強力なマジックハンドを頭に装着したとして、イカ娘ちゃんの、あの怪力的な持ち上げ動作は不可能と思われます。

　たとえ、頭の後端を力点、頭の先端を支点にし、強力とはいえ有限の力で持ち上げることを可能にしても、イカ娘ちゃんはまっすぐ棒立ちで、あれをするわけです。

　両脚を揃えて立っているとして、体を倒れないように支えるのは靴（足）のサイズです。そこから髪みたいな触手を伸ばした先の重りを含めた重心が、足底から外れたら。あの可愛くてちっちゃな足では、立っていられず倒れます。

　しかし現実に倒れていないじゃなイカ！（←既に2次元に入り込んでいる）

　なら、工夫しましょ。我らのイカ娘ちゃんが、うそんこであんなことしているなどとは、誰にも言わせたくありません。
　これでも物理ファンの端くれですから、あの三馬鹿のような掟破りの重力操作（一般相対論に抵触する）は使いません。

・まだ隠された秘密の触手があって、足底から長く地面に突き刺している。100キロは、突き刺すときに体が浮き上がらないようにするためのものだった。

・別のアニメ（漫画原作でしたっけ？）、エルフェン・リート（グロいので視聴注意）では、イカ娘ちゃん以上に強力かもしれない見えない触手を持ってました。もしかすると、イカ娘ちゃんも見えない秘密の触手が別にあり、それで体を支えているのかも。

・重力が操作できないなら、電磁気力が使えるかもしれません。
　イカ娘ちゃんは発光できますが、あれが発電能力だと勝手仮定しますと、触手でつかんだものを強力なマイナスの静電気（要は電子をため込むわけで）、少なくともその下の地面をプラスの静電気に帯電させれば、電気的反発力により、掴んだ物体の浮揚が可能です。
　地面の下に秘密の触手を伸ばして、それをプラスに帯電させているのかもしれません。
　もちろん、静電気が溜まるだけでは電流が流れているわけではないので感電しません。降ろす前には、掴んだ物体をそっとゆっくり慎重に放電させているのでしょう。
　イカ娘ちゃんが人間を感電させたりはしないですからね。

　えっ、計算式とか方程式ですか？
　え、えと、ちょっとゆっくり考えさせてください。m(_ _)m

　最後の静電気を除けば、あの水色で美しい触手は、あの薄さでおののくべき力に耐えています。
　非常に強靭な物性を持つ素材に違いありません。いつかは、三馬鹿以外の科学者が協力して、その強靭さの秘密を解き明かし、宇宙エレベータを始めとして、技術革新がもたらされるであろうと思います。

お礼

ところで、ショートヘアのイカ娘もかわいかったと思いませんか？

回答No.1

noname#160321

以前のシーズンでも一方方向に伸ばした触手で三バカをつまみ上げたりしていました。
水平に伸ばした触手で垂直に物を持ち上げるのは、無限大の力が必要な方法ですので、考えるだけ無駄だと思います。

お礼

自分は力点は、あの頭のピコピコじゃないかと思うのです。
僅かですが、頭より後ろにありますし、確かに力点＝支点の場合、必要な力は無限大になりますが、僅かでも力点が存在したら、なにかすごい力で引き上げているのじゃないかと思うのです。
10センチ力点があると仮定して、支点から10m先の100キロを持ち上げるにはどのくらいの力が必要なのでしょうか？
体重は、それらを支えるためにあるもので、ものを持ち上げる行為そのものには利用しないと思うのです。