チコちゃん

チコちゃんに叱られる!ガラスが割れるのはなぜ? 4月3日

4月3日放送のチコちゃんに叱られる!で
ガラスが割れるのはなぜ?
という質問がありました。

なるほどという答えが気になったので調べてみました。

チコちゃんに叱られる!ガラスが割れるのはなぜ?

ガラスが割れるのはなぜ?

答えは、実は傷だらけだから

詳しく教えてくださるのは
ガラスの研究を長年続けている
新潟・長岡技術科学大学 物質材料工学専攻 准教授
本間 剛 先生(ほんまつよし )

  • 本間先生「そもそもガラスって どうやって出来ているか知ってますか?」
  • 番組D「すいません ちょっとわからないですね」
  • 本間先生「ウーン ですよね~」
  • 実はガラスは砂を溶かして作ってるんです。
  • ガラスの主な原料となるのは 珪砂(けいしゃ)と呼ばれる砂。
  • この砂に 炭酸ナトリュウムや石灰石などを加え…
  • およそ1,600℃の高温で溶かし
  • 薄く延ばしてから冷ますことで 我々がよく目にする板状のガラスができています。
  • ところで 普段ガラスに傷があるように見えますか?
  • でもガラスを顕微鏡で100倍に拡大して見てみると…
  • この黒い線がすべて傷。
  • この傷が ガラスの割れる原因となります。
  • そもそも 出来たばかりのガラスには 傷はありませんが…
  • 私たちが使用する内に 以外にも簡単にたくさんの傷がついてしまうのです。
  • しかし 顕微鏡で見なければわからないほど 小さなこの傷が なぜガラスが割れる原因になるのでしょうか?
  • その秘密は ガラスの原子配列に隠されています。
  • 先ほどの顕微鏡で見た見たガラスの表面を 更に数千倍で拡大してみると…
  • 凹凸のないたいらな状態です。
  • つまり ガラスの原子配列は成分が均等に並んでいることになります。
  • 逆に金属を同じ倍率でみると 表面が凸凹して隙間があることがわかります。
  • なので金属は成分が不規則に並んでいるってことです
  • そして この成分の配列のちがいによって 外から力が加わった際に大きな差が!
  • ガラスは外から力が加わったときに その力が真っすぐ伝わっていきます。
  • なので少ない力で簡単に割れます。
  • 逆に金属の場合 成分に力が遮られてしまい大きく方向を変えないと力が伝わってきません。
  • そのため 割るのに大きな力が必要です。
  • 例えるなら 紙を破るときに 何もせずに横から引っ張ると…
  • 破れ方がギザギザになるし 力もけっこういりますよね。
  • これが紙に折り目をつけた場合 真っすぐに少ない力で破れます。
  • ものすごく簡単にいうと ガラスには傷に沿って 最初から この折り目が付いているような感覚だと思ってください。
  • ちなみにガラスの傷(黒い線)は 例えるなら スナック菓子の袋にある切れ込みのようなもの。
  • 切れ込みがな部分では 力が分散し うまく切れませんが…
  • 切れ込みがある部分は力が集中するので簡単に切ることができます。
  • ガラスの場合も同様に表面の傷に力が集中し この力が真っすぐ最短に伝わることで簡単に割れているのです。
  • 逆に起点になる傷が無いと ガラスはわれません。
  • 本間先生「わかりやすかったでしょ?」
  • 番組D「は、はい…」
  • 番組D「ちなみに あの…割れにくいガラスを作ることって できるんですか?」
  • 本間先生「簡単にできますよ 作りましょうか! 今」
  • 本間先生が用意したのは ガスバーナーとガラス棒 そして水の入ったビーカー
  • まずは ガラス棒をガスバーナーを使って溶かしていきます。※きけんですので、まねしないでください。
  • そして溶けたガラスを水の入ったビーカーに落とします。
  • 溶けたガラスは水で冷やされ水滴のような形に…
  • 割れないガラス オランダの涙
  • 番組D「本当に硬いんですか?」
  • 本間先生がカナヅチを手にして…
  • 本間先生「じゃ このカナヅチでオランダの涙を叩いてみましょう!」
  • カナヅチで叩いても全然割れない。
  • 本間先生「でしょ!」
  • このオランダの涙はカナヅチで叩いても割れない強力なガラス。
  • その強度は鉄と同等とも言われるほど。
  • しかし なぜこんなにも頑丈なのでしょうか?
  • ガラスを水で冷やしたときに外側と内側にできる温度差がポイントなんです。
  • この温度差が作用してガラスの表面に内側に縮もうとする力が働きます。
  • 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るんです。
  • 番組D「だいぶ説明を省略しませんでしたか?」
  • 本間先生「すべてを理解してもらうには 私の研究室に入ってもらわないといけませんね」
  • ご興味のある方は是非 本間先生の研究室にお入りください(笑)
  • しかし こんなに頑丈なオランダの涙にも ある欠点が…
  • 先ほどは カナヅチでオランダの涙の太い方を叩きましたけど 今度は細い方をペンチで切ってみます。
  • あぶないので、けっしてまねをしないでください。
  • 細い部分をペンチで切った瞬間 オランダの涙全体が一瞬で粉々に。
  • 先ほど話した 表面が縮もうとする力に内部には外側に広がろうとする力が生まれていて それで均衡が保たれていたんです。
  • 先端の弱い部分を切ると その力の均衡が崩れて…
  • 本間先生「まあ いろいろあってバーンといっちゃうんです」
  • 番組D「また だいぶ説明を省きましたね」
  • 本間先生「先ほども言ったように すべてを理解してもらうには 私の研究室に入ってもらわないといけませんね」
  • 本間先生の研究室がある長岡技術科学大学への詳しい入学方法は大学ホームページをご確認ください。
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チコちゃんに叱られる!ガラスが割れるのはなぜ? まとめ

今回は、チコちゃんに叱られる!ガラスが割れるのはなぜ?
について情報発信させていただきました。

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