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地上何メートルからアリを落とした所で死なないは真空でも同じ?

time 2016/08/29

地上何メートルからアリを落とした所で死なないは真空でも同じ?
トリビアの泉では

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昔やっていたトリビアの泉という番組では物質にはある一定の質量に対して自然落下速度に上限が有り、アリはその上限を迎えるのが約10cmからの落下速度なのだとか、だから、何百メートルであろうと何千メートルからであろうと実質的に10cmから落ちた時の衝撃とは何ら変わらないのだと言う。

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そしてアリはあの小さな体に対して、硬い鋼殻で覆われているため、その10cm程度であろうと怪我をするなんてことは無いんですね。ちなみに人間の限界は意外と高いところから落ちても受身をしっかりとったなら大丈夫なんです。


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その映像がこちらなのですが、大体3~4mと言った所でしょうか、かなり高い場所から落下、飛び降りているのですが、それでいてもしっかりと受身を取っているため、当の落下した本人は無事です。

蟻は受身を取るまでもなく着地が成功しますが、それはそれで人間にも同じように落下速度が一定になる点はあるものの、それはよくスカイダイビングで見るように落下してしまえば死亡は避けられない速度な訳で、今の所人間にはほぼ不可能と言ってもいいでしょうね。

ならば真空中では?

ですが、さて、そんなアリですがまるで空気の無い真空中ではどうなるのでしょうか?

これを知るためには真空中では物質がどういった動きをするのかを知る必要があります。皆さんは真空中ではどんな物質も落下速度が同じで重力の影響をモロに受けることになります。


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真空落下実験

空気抵抗が無くなるからですね、NASAだかどこだかは忘れましたが、真空中の落下実験で、大きめの羽とボーリングの玉を落下させた実験があったのですが、その実験では驚くことにボーリングの玉と羽の落下速度は一定で、同時に落下したのです。

この実験は真空中においては面積、重量に関係なく同時に落下するのですから、アリにおいても同じことが言えるハズですね、ですが、この状態において蟻はどのくらいの高さから落ちた時に死んでしまうのでしょうか?

僕は実験をするような環境は持っていないため、それを確認する術は無いのですが、アリの体の強度を考慮しなかった時の落下時死亡する高度を計算してくれた人が居ます。

蟻の外殻を構成する物質

アリの重量は1~5mgらしく、構成している物質は「キチン」この物質はウィキペディアによれば、以下の通りです。

キチン(chitin)は直鎖型の含窒素多糖高分子で、ムコ多糖の一種。ポリ-β1-4-N-アセチルグルコサミンのこと。語源は古代ギリシアの衣服であったキトン(chiton)に由来し、「包むもの」を意味する。

節足動物や甲殻類の外骨格すなわち外皮、軟体動物の殻皮の表面といった多くの無脊椎動物の体表を覆うクチクラや、キノコなど菌類の細胞壁などの主成分である。

このように天然物であるキチンはN-アセチルグルコサミンだけでなく、グルコサミンをも構成成分とする多糖であり、N-アセチルグルコサミンとグルコサミンの比はおよそ9:1といわれている。キチンは天然物であるが故に、その比は由来によって大きく異なるものと考えられるが、N-アセチルグルコサミンだけで構成されるキチンは存在しないと考えられる。

よって、キチンを化学的または酵素的に分解するとN-アセチルグルコサミンとグルコサミンを含む多様な二糖、三糖やオリゴ糖が生成する。
分子式は(C8H13NO5)n

主となっている物質はCなのでもしかするとカーボン系列に似た物なのかもしれませんね。
硬い、軽いで知られているカーボンですが、校生のされ方は、カーボンナノチューブを利用した薄い繊維構造の板です。

昆虫は昆虫で別の道を辿った生物ですので、人間の皮膚を構成する物質とは全く違った構成のされ方をしています。外骨格全体を指す名前はクチクラと言われる様で、抗生物質は先ほどのキチンのナノ繊維がタンパク質を母材として重なり事実上カーボンナノチューブのような構造になっています。

その硬度は

そのタンパク質は水分を含むこともできるため、硬度の操作も行うことが出来、たった2~3%の水分量の変化で高度を最大10倍近くも変化させることができるんです。

蜘蛛の牙の硬度は他の昆虫の外殻よりも硬い理由はその水分量と、構成物質がかなり関係しているのだとか、そう言った物質で構成されているからこそ、昆虫の体は軽く、固く出来ているんですね。


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これまでの情報と小さい頃のやんちゃで盛んな時期にアリを無邪気に潰して遊んでしまった時の情報から蟻の硬度をわかり易いものにたとえて考えてみると、外骨格はよくあるプリントの4用紙、程、そして内蔵を守る膜は薄いビニールの様な物だと思うといいと思います。

空気抵抗の無い場所でそれらが落下するのですから、当然衝撃は有りますが、外骨格に覆われているため、衝撃は全身に分散されます、簡単に計算するだけではどれほどの高さまで耐えられるのかわからないんですね、

鎧の仕組み


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鎧の仕組みを知っているでしょうか、鎧は一部に何か衝撃を受けた際に、衝撃を受けた部分から鎧全体に衝撃を逃がし、その後地面に衝撃が流れるようになっているんです、そのため、鎧の上から衝撃を与えられても殆どの場合びくともせず、ダメージを受けづらい構造になっています。もちろん外骨格を持った昆虫全てに当てはまることです。

計算では導き出せなくても、実際にやってみた結果からして逆算することは可能かもしれません。デコピンでアリを弾いた際に動かなくなる時があります。アリを倒すために必要なデコピンの速度は時速40km近くつまりは時速40kmまで加速すれば蟻は真空中落とした際に外骨格の硬さも無視して死亡する。という結論が出てきます。

計算してみると


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さて、その、時速40kmまで加速するために必要な高さですが、

v:t 秒後の速度[km/h]
g:重力加速度 9.8[m/s2]
h:高さ[m]
とした時に、

h=v2/2g

と言う式で求められる様なので計算をしてみると、経過時間は約1.1秒
落下距離は約6mとなりました。

よって、時速40kmに自由落下で到達するのに必要な高さは約6mな為、蟻が真空中で窒息で死なない世界を想定した時に、自由落下によって死亡する、もしくは気絶する程度の高さは6mとなりました。

逆に人間であればむしろ6m位であれば無事なんですよね、多分足の骨を折るくらいで住むか受身をしっかりとれたら、無傷で帰還、ということも有り得るでしょうね、

空気抵抗ってこれだけ大きい差を生んでくれる緩衝材にも成っているので面白いですね。

まとめ
確かに人間でも40kmで横からはねられたら無事では済みませんからね、骨も折れますし

骨が折れるくらいってことは空気抵抗をなくしたときには大抵のものは破壊されるということになりますね。ですから6mと言う数字は案外信ぴょう性が高いものと言えるかもしれません。

まあ蟻が受身を取らないこと前提なんですけどね(笑

 

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