新幹線の中の回転するフタ

(2303) 新幹線の中の回転するフタ
Niu
2005年10月27日(木) 19時31分

はじめまして、物理が大好きな高校３年女です。
今日、友達に聞かれたのですが、どうにもわからないので書き込ませていただきます。

新幹線に、前の座席から降ろせる机がありますよね。
その机の上に、ボトル缶のフタ（つまり、アルミのフタ？）をつるつる(？)の面を下にして置いておいたら、回転しだしたのです。
新幹線が揺れると、回転が止まったりもしたのですが、そのまま放置しておくと、また回転しだしました。

どういう力が働いて、回転しだしたんでしょう？？
机がプラスチックだから静電気？とかも思ったのですが、静電気がどう働いたら回転しだすのかもわかりません。

何か思う所ありましたら是非お願いします。

(2305) (Re:2303)
Re:新幹線の中の回転するフタ
イルカ
2005年10月27日(木) 21時30分

Niu◆b+HJMgA=さん、イルカです。

　いわゆるガリガリプロペラと同じ原理だとは思います。

　詳しい解析をしていないので想像ですが

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(2306) (Re:2305)
Re:新幹線の中の回転するフタ
Niu
2005年10月29日(土) 21時36分

イルカさん返信ありがとうございます。

紹介してくださったガリガリプロペラというものの原理が、よくわかりません；
イメージは湧くんですけど…
振動が、回転エネルギーに変わる？？？
どうして、変わっちゃうんでしょう？？？

(2307) (Re:2306)
ガリガリプロペラの原理
ＹＭＮ
2005年10月29日(土) 23時24分

>振動が、回転エネルギーに変わる？？？
>どうして、変わっちゃうんでしょう？？？

　完全に対称形に作られた剛体のプロペラだとすると、振動で回すことはできないと思います。

・回転軸
｜
●重心

　現実のプロペラは工作精度を反映して上図のように偏芯していたり変形することにより振動で回るということだと思います。
そうすると、プロペラが回ること自体の意外性や面白さはあっても、科学実験としてあまり美しい話でない感があります。

ＹＭＮ

(2308) (Re:2306)
Re:新幹線の中の回転するフタ
イルカ
2005年10月30日(日) 00時41分

Niuさん、イルカです。

　完全な対称形であっても、傾いた（プロペラの場合も）時点で、重心が回転の中心からずれてしまいます。プロペラの場合は回転するために軸よりも穴が大きい。
　そのため、外部から力が加わると、その方向にわずかにずれます。
　次に力が加わったときわずかでも中心と重心を結ぶ直線よりずれていると回転を始めます。
　振動数がまったく不定なら、その振動によって回転を強める方向に力が加わるか、そうでないかは確率は二分の一ですが、振動の周期がある程度一定なら、回転し始め、偶然にその回転が振動数と共振した場合は回転を続けるということではないでしょうか？

　よく似たものに、無節操風車というのもありますね。風に吹かれて木の葉がくるくる回っていたり・・。

　シャフトに通したナットが、くるくる一定の回転数で回転しながら落ちていくとか・・・

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(2311) (Re:2306)
Re:新幹線の中の回転するフタ
Niu
2005年10月31日(月) 19時09分

ＹＭＮさん、イルカさん、返信ありがとうございます。

ふむむ、回転軸と重心がずれているから力を加えられると回りだす…、
振動数が一定で、偶然回転と共振したら、回転を続ける…
ということはわかりました。
思いつきやすい例も、ありがとうございます。

けれど、新幹線の中ってそんなに振動してるものなんでしょうか？
身体では感じないぐらいの振動でも、フタ程度なら回り続けるということなのでしょうか…

(2314) (Re:2311)
Re:新幹線の中の回転するフタ
イルカ
2005年11月01日(火) 01時53分

Niuさん、イルカです。

>ふむむ、回転軸と重心がずれているから力を加えられると回りだす…、
>振動数が一定で、偶然回転と共振したら、回転を続ける…
>ということはわかりました。

>けれど、新幹線の中ってそんなに振動してるものなんでしょうか？
>身体では感じないぐらいの振動でも、フタ程度なら回り続けるということなのでしょうか…

そのための条件として
・軽いこと
　　重くても回るでしょうが、抵抗と加速に要する力の比較になるでしょう。
・一定の振動
　　数回の振動でうまく振動数の整数倍と一致する回転になれば、
　　あとは振動は回転を一定に保つ働きをするでしょう。

　この推測で良いと思いますから、そのための実験を考案してみてください。

　携帯電話の振動で、キャップを回すことができるかな？？

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(2316) (Re:2314)
Re:新幹線の中の回転するフタ
かねやん
2005年11月01日(火) 12時21分

イルカさん、こんにちは。

振動で物体が移動することについてはNiuさんは理解されています。それがなぜ回転するかという点について質問されています。
テーブルの上にフタを置いた状態は、シャフトに通したプロペラやナットの場合とは条件が異なると思います。

(2320) (Re:2316)
Re:新幹線の中の回転するフタ
イルカ
2005年11月01日(火) 22時57分

かねやんさん、イルカです。
>なぜ回転するかという点について質問されています。

　キャップは不安定で振動でクルクル、ガタガタとゆれている内に、ふと回り始める、数回の振動のタイミングではないでしょうか？
　たとえば右に傾いた後、前方にゆすられれば９０度回転しますね。そのあとは慣性もあって回ろうとしたときにさらにそれに追い討ちをかけるように左に傾けられれば１８０度回転します。
　偶然回り始めたら、あとは・・・

　車体の固有振動がキャップを回すのにちょうど良い振動数だと・・・

>テーブルの上にフタを置いた状態は、シャフトに通したプロペラやナットの場合とは条件が異なると思います。

　ガリガリプロペラは同じ理由でしょうが、ナットの場合は摩擦による振動が原因なので少し違うと思います。

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(2321) (Re:2320)
Re:新幹線の中の回転するフタ
かねやん
2005年11月01日(火) 23時23分

イルカさん、こんにちは。

キャップ面が円錐形を想定されておられるのかな？そうであれば、90度回転するのかも知れません。
わたしはキャップ面が平らで、テーブル面とぴったり密着した状態を想定しています。

(2322) (Re:2320)
Re:新幹線の中の回転するフタ
かねやん
2005年11月01日(火) 23時56分

イルカさん、こんにちは。

>　たとえば右に傾いた後、前方にゆすられれば９０度回転しますね。そのあとは慣性もあって回ろうとしたときにさらにそれに追い討ちをかけるように左に傾けられれば１８０度回転します。

あ、誤解していたかも知れないです。振動でキャップが傾けば（ほぼ一点支持）重心が移動して（９０度かは別にして）回転する可能性がありますね。

(2327) (Re:2322)
Re:新幹線の中の回転するフタ
イルカ
2005年11月03日(木) 21時12分

かねやんさん、イルカです。

>振動でキャップが傾けば（ほぼ一点支持）重心が移動して（９０度かは別にして）回転する可能性がありますね。

　ペットボトルのキャップ（特に炭酸飲料用の場合）は、中心が盛り上がっているため、傾きます。

　ガリガリプロペラで遊んだことがあるとわかりますが、最初に回り始めるまでは少し時間がかかります。回り始めたらとにかく一定の速度でガリガリさせることが味噌ですね。

　私は、ペットボトルのキャップの回転を観察したことはありませんが、ぜひ試してみたいですね。

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(2337) (Re:2327)
Re:新幹線の中の回転するフタ
Niu
2005年11月05日(土) 21時55分

イルカさん、かねやんさん、返信ありがとうございます。

そうですね！とりあえず実験してみようかと思います。
ただ、私の携帯だとバイブの時間が短いのかキャップに振動を伝えても動いただけで回ってくれませんでした…。
学校の物理室に確かずっと振動し続けるものがあったように記憶しているのでそれを使ってみようかなと思います。

(2309) (Re:2303)
Re:新幹線の中の回転するフタ
かねやん
2005年10月30日(日) 12時31分

Niuさん、こんにちは。

振動回転で検索したら関係ありそうな記事を見つけました。まだ読んでいないのですが、紹介しておきます。
音声モーターの製作
http://www.aichi-c.ed.jp/contents/rika/koutou/buturi/bu1/onsei/onsei.htm

(2310) (Re:2309)
Re:新幹線の中の回転するフタ
かねやん
2005年10月30日(日) 15時10分

>http://www.aichi-c.ed.jp/contents/rika/koutou/buturi/bu1/onsei/onsei.htm

この記事の説明でフタが移動するのは理解できると思いますが、回転についてはもっと考察が必要ですね。縦振動、横振動が回転する方向にうまく作用した結果なのかなあ。

(2312) (Re:2310)
Re:新幹線の中の回転するフタ
Niu
2005年10月31日(月) 20時05分

かねやんさん、返信ありがとうございます。

なるほど、音の波で物質を動かす、、、というわけですね！
確かに、動き出しそうですが、回転となると…？？？
どうなってるんでしょう…う～ん…；

(2313) (Re:2312)
Re:新幹線の中の回転するフタ
Sai
2005年10月31日(月) 20時45分

どうも

>なるほど、音の波で物質を動かす、、、というわけですね！
>確かに、動き出しそうですが、回転となると…？？？
>どうなってるんでしょう…う～ん…；

今回の事例がどういうメカニズムか？わからないのですが...

超音波で回転が起こるのはどうやら本当みたいですね。
某掲示板でヤフーオークションの超音波洗浄機の話題があり
私もめがね洗浄用等に1台　落札、購入しました。
で、超音波モータというものがあると聞くので　8cmCDを
水を入れた超音波洗浄機にいれ　作動させてみました。
なんと！ゆっくり回転しました。

(2315) (Re:2312)
Re:新幹線の中の回転するフタ
かねやん
2005年11月01日(火) 11時38分

Niuさん、こんにちは。

>なるほど、音の波で物質を動かす、、、というわけですね！
>確かに、動き出しそうですが、回転となると…？？？
>どうなってるんでしょう…う～ん…；

ためしに下敷き状の上にクタを置いて細かくゆすってみました。縦方向の揺さぶりでは移動はしますが回転はしませんでした。
横方向の揺さぶりでは、その場所からほとんど移動しませんでした。
円を描くように横方向に動かすと、動かす方向と反対に回り始めました。
これに近い振動が生じているのかも知れません。

(2317) (Re:2315)
Re:新幹線の中の回転するフタ
イルカ
2005年11月01日(火) 12時30分

かねやんさん、イルカです。

>円を描くように横方向に動かすと、動かす方向と反対に回り始めました。
>これに近い振動が生じているのかも知れません。

回り始めると、一方向の振動でも良いと思いますが？

＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿イルカ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
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(2318) (Re:2317)
Re:新幹線の中の回転するフタ
かねやん
2005年11月01日(火) 12時47分

イルカさん、こんにちは。

> 回り始めると、一方向の振動でも良いと思いますが？

そうなんですか？なぜ？
フラフープなんかではそうですね。イルカさんへのコメントとして別に書いてますが。

(2545) (Re:2303)
Re:新幹線の中の回転するフタ
galaxy
2006年07月23日(日) 15時56分

ずっと前の疑問に今頃すいません。地球上である振動をかけて条件が整ったら、たぶん摩擦も少なめで滑らかに回転できたんだとは思いますが、キャップって同じ方向に回りませんでしたか。
　だとすればコリオリフォースでしょうきっと。
それでは。