ブンブンゴマが回っているときに感じられる弾力性

質問

ブンブンゴマのひもには弾力性がなくても、ブンブンゴマが回っているときには弾力性が感じられます。物理学的には紐に弾力性が備わったような結果になっているのでしょうか。ひもがよじれることと関係があることは容易に想像できますが、特に数式などでも同じことが表せるのでしょうか。

回答No.2

noname#175206 · ベストアンサー

一番大きな要因は、中央にある「コマ」を回す力、コマが回る力です。

　まず、充分に紐をねじって、それを伸ばしていきます。このとき、コマの回転が加速します。コマの回転が、0からどんどん速くなります。

　これは、コマが回転の運動エネルギーを得るということなんですが、その運動エネルギーを与えているのが、紐です。捩れた紐をほどくことによりコマの回転が上がる（＝運動エネルギーが増加する）んですが、それは紐を両手で引くことによって行われます。

　さらに、紐の伸びと捩れのほどけ方ですね。紐で重りを引き上げる場合なら弾力性を感じないのに、ブンブンゴマだと確かに紐に弾力的な感じがします。

　これは、紐の伸びる距離と、ほどけ具合（＝コマの回転）が一定ではないことが主な要因です。そうなると、紐に加えた力と伸びる距離の間に一定性が感じられなくなります。

　力は、紐に加えた力→紐が伸びる→紐のほどけつ速さ→コマの回転数→コマの回転の加速度→紐が伸びるのに逆らう力（＝紐に加えた力）という具合で、反作用の力となって返って来ます。

　紐が伸びきると、今度はコマの回転の運動エネルギーを使って、紐が捩れるようにし、紐が短くなっていきます。このときも弾力性ある力を感じられますが、この力にはできるだけ逆らわないのがブンブンゴマを長く回すコツになります。縮もうとする紐に逆らう力を入れてしまうと、それはコマの回転を妨げる力になり、コマがあまり紐をねじってくれなくなります。

　これに、コマの形状による空気抵抗の力や、捩れた紐の摩擦の力などが加わります（いずれも、コマが回転し続けにくくする力）。

お礼

詳細に解説いただきありがとうございました。

回答No.1

oo14

質問者さんにとってはブランコは重力と位置エネルギーの関係で弾力性が感じられるように
ブンブンゴマは遠心力と回転モーメントと張力の関係で弾力性が感じられるのでしょうね。
ヨーヨーといい動く遊具には自然法則を巧みに利用したものが多いですね。
反転がネックとなり産業での利用が発展しなかったので、利用技術とか工学的研究が
あまり進んでいない分野だと思われます。
要因がたくさんありますしね、紐のねじれも、元々紐はねじって作られたものでありながら、
１サイクルでねじれの向きが逆になりますからね。
数式で表そうとすると、数々の予備実験と仮定が必要になりそうです。

お礼

いろいろのご教示を賜り感謝いたします。