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チコちゃんに叱られる なんでガラスは割れるの?4月3日放送分

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分かってるようでわかってなかったこの話

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なんでガラスは割れるの?

アンミカ:ガラス工場行ったことあるの

チコちゃん:ご苦労さん

アンミカ:ご苦労さん。その時に塩化なんとかとか石灰なんとかとか溶かしたから、
元々そういうものだから…元々の素材が粉々だったものだから。

チコちゃん:粉々だったものだから割れやすいの?ボーっと生きてんじゃねーよ!

アンミカ:今のすごい自信あったのに!

チコちゃん:さぁ、康介ちゃんどう思う?

北島康介:割らなかったら割れないすもんね…たたいたりとか。

チコちゃん:そうね。なんか衝撃がね。

北島康介:なんか衝撃が加わった時になんで割れるのかってことですよね。
…わかんねーなそれ!

岡村隆史:心の声。心のデッカイ声

こたえ 実は傷だらけだから

解説:新潟県 長岡技術科学大学 物質材料工学専攻 本間 剛(ほんま つよし)准教授

ガラスが出来るまで

硝子(ガラス)は砂を溶かして作られています。

ガラスは珪砂(けいしゃ)と呼ばれる砂に、炭酸ナトリウムや石灰などを加え、
約1600℃の高温で溶かし、薄く伸ばしてから冷まします。
これで板状のガラスができます。

肉眼でつるつるな表面のガラスに見えても、顕微鏡で100倍に拡大すると傷がたくさん見られます。
この傷がガラスの割れる原因です。

そもそも出来たばかりのガラスには無傷ですが、
ガラスは使っていくうちに、簡単に傷ができます。

なぜ小さな傷でガラスが割れるのでしょうか?

ガラスが小さい傷で割れるのは、ガラスの原子配列に隠されています。
ガラスを顕微鏡で2000倍まで拡大すると凹凸がなく平らに出来ています。
つまりガラスの成分配列は均等に並んでいるということです。

一方、金属をガラスと同じく2000倍拡大すると、表面が凸凹して隙間があります。
つまり金属の結晶粒子配列は不規則に並んでいます。

この配列の違いが、外部からの衝撃を受けた時に大きな差が出来ます。

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ガラスは外から力が加わると、力がまっすぐ伝わります。⇒少ない力で割れます。
金属は外から力が加わると、力がジグザグに伝わります。⇒割るのに大きな力が必要です。

これを紙を手で破くときに例えると、
金属は紙をそのまま破いたときの状態…破れ方がギザギザで力も必要。
ガラスは紙に折り目を付けて破いた時の状態…まっすぐ少ない力で破れます。

ガラスには傷に沿って、最初から折り目がついている紙と同じ状態と思うとわかりやすいでしょう。
ガラスの傷はスナック菓子の袋にある切れ込みのようなもの。
切れ込みのない所から開けようとすると、力が分散してなかなか切れませんが、
切れ込みから開けようとすると、切れ込みに力が集中するので簡単に切ることができます。

ガラスの場合も表面の傷に力が集中し、力が最短で伝わり割れます。

割れないガラスを作ることはできるのか?

準備するものは、水の入ったビーカー、ガラス棒、ガスバーナーの3点。

まず、ガラス棒を水の入ったビーカーの上で、ガスバーナーで溶かします。
ガラス棒の先端部分が変色し、溶けてビーカーの中に落ちます。

これで割れないガラスの完成。
(危険ですので真似しないでください…との事です)

ガラスは水滴のような形になりました。
割れないガラスの名前は「オランダの涙」といいます。

オランダの涙を金づちで叩いても割れませんでした。
オランダの涙は鉄と同等と言われるくらい頑丈です。

オランダの涙が頑丈なのは、ガラスを水で冷やした時にできる、
温度差がポイントになります。

この温度差で表面に内側に縮む力が発生します。
この内側に縮もうとする力が、いろいろと作用して頑丈になっています。

ずいぶん端折った説明になりましたが、詳細が知りたい人は本間准教授の研究室に入ってくださいとのことです。

頑丈なガラス「オランダの涙」の欠点

オランダの涙は水滴の形をしていますが、
先ほどの金づちで割る実験でオランダの涙の太い方をたたきました。

今度は水滴の先端部分の細い方をペンチで切ってみます。
オランダの涙は一瞬で粉々になりました。

オランダの涙には内部に縮もうとする力の他に、外側に広がろうとする力もあり、
それで力の均衡が保たれていました。

先端の弱い部分を切ると、その力の均衡が崩れて、いろいろあって割れてしまうのです
ずいぶん端折った説明になりましたが、詳細が知りたい人は本間准教授の研究室に入ってくださいとのことです。

チコちゃんの意外な弱点ってなに?

チコちゃん:割れはしないが燃えやすい

なんでガラスは割れるの?感想

ガラスに無数の傷があって割れるとは、今まで知りませんでした。
詳細は本間准教授の研究室に行きましょう(笑)

弱い所を突いて行く…。なんだか人間関係にも通じる部分があって、
物理的なこと以外にも気持ちが行ってしまいました。

弱点を突く・・・深いです。

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