NHK番組「チコちゃんに叱られる!」の放送内容を詳しく紹介!

チコちゃんに叱られる!

チコちゃんクイズ

なんでガラスは割れるの?→実は傷だらけだから。表面は原子が均等で 外力が整列状態に沿って伝導し 少ない力でも簡単に割れる

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今回は、2020年4月3日金曜日放送、チコちゃんに叱られる!▽鼻に水が痛いのは?▽ガラスが割れるのは?▽イタリア料理の番組内容を紹介。


なんでガラスは割れるの?





確かにガラスは割れやすいですね。


なぜなんだろう?





なんでガラスは割れるの?


本日の4問目。


チコちゃん「ねぇねぇ岡村、この中で一番ガラスのように繊細なステキな大人ってだーれ?」


アピールするアンミカさん。


岡村さん「順番なんで」


とアンミカさんを渋々指名。


チコちゃん「ハートは鉄骨ですけどね。」


ガラスの話題。


チコちゃん「なんでガラスは割れるの?」


アンミカさん「元々の素材が粉々だったものだから。」


正解に至らず、叱られちゃいました。


北島さんにも質問。


北島さん「わかんねーな!それ。」


東京・銀座での街頭インタビューするも正解なし。


チコちゃんの答えは、「実は傷だらけだから。」


チコちゃん「ローラ!です。」(西城秀樹の曲)



実は傷だらけだから


ガラスは砂を溶かして作られています。


その主な原料は珪砂という砂。




これに炭酸ナトリウムや石灰石などを混ぜます。




約1600℃の高温で溶かし、




薄くのばして冷まして完成。




これで、板状の一般的なガラスが作られています。



ガラスを顕微鏡で拡大してみる


100倍の倍率でガラスを観察すると、線状の傷がたくさん入っているのがわかります。





出来上がったばかりのガラスには傷は入っていません。


しかし、使用していくうちに、簡単に細かい傷が入るのです。


そしてこの傷はガラスが割れる秘密に関係しています。



ガラスの原子配列がポイント


顕微鏡の倍率を2000倍にして観察します。


ガラスの表面は凹凸が無くまっ平。


これはガラスの原子配列において成分が均等に並んでいる状態。





ガラスは外から力が加わった時にその力が整列状態に沿って真っ直ぐ伝わります。


そして、少ない力でも簡単に割れてしまいます。


比較として金属を同じ倍率で見てみると表面が凸凹して隙間だらけ。





これは成分が不規則に並んだ配列。




ここに力が加わると力がジグザグに伝わるので力が分散、


つまり大きな力を加えない限りは金属は割れません。


このようにガラスの配列と金属の配列をくらべてみると、




大きな違いがあるのがわかります。




このように、ガラスはまっすぐ力が伝わるので、割れやすい。





金属は力がジグザグにかかるから、割るのに大きな力が必要。






この違いは例えるなら


紙を机に置いて両手で横方向に広げるようにして破ります。





その時は、破れ方がギザギザ。


また、大きな力が必要です。



一方、紙に先に折り目を付けた状態で両手で横方向に引っ張ります。





すると簡単に綺麗に真っ直ぐ破れます。


簡単に言うと、ガラスには無数に付いた傷に沿って最初から折り目がついている状態。


スナック菓子の袋などに、あらかじめついている切れ込みみたいなもの。





切れ込み以外の所から破ろうとしても力が分散して破りにくい。


しかし、切れ込みであれば力が集中して簡単に切れます。


ガラスもこれと同様。


ガラスの傷がつくと





ガラスの傷に力が集中し、力が最短で伝わり、割れます。






割れにくいガラスの作り方


実験室にあるような実験器具で簡単に作れます。





本間先生が作って見せてくれたのが「オランダの涙」と呼ばれるガラス。





ガラス棒をガスバーナーであぶり、溶けたガラスを水の入ったビーカーに。


すると、おたまじゃくしのような形のガラスが完成。


金づちでブッ叩いてみても、全く割れません。


その強度は鉄と同等。


その強度の秘密はガラスを水で冷やした時にガラスの外側と内側に出来る温度差。


この温度差によってガラスの表面に内側に縮もうとする力が発生。


この力がいろいろと作用する事によって強度が生まれているという説明。





スタッフ「だいぶ、説明を簡略化しましたね!」


本間先生「全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。」


というわけで、その詳細は、省略。



しかし、丈夫なオランダの涙にも欠点が


尻尾の部分をペンチで切ってみます。





尻尾の部分を切っ他習慣、全体が粉々に。





表面の縮もうとする力の他にオランダの涙の内部に外側に広がろうとする力が拮抗しています。





その2つの力で均衡が保たれていましたが、弱い部分を切るとその均衡が崩れ、いろいろあって、粉々に。


これも説明するのが複雑なので、番組ではその詳細は省略。



結論


というわけで、


「なんでガラスは割れるの?」は、


「実は傷だらけだから」


でした。
 


解説してくれたのは


長岡技術科学大学の本間剛准教授


工学部 物質材料工学専攻 

エネルギー・環境材料工学講座

准教授 本間 剛 (ホンマ ツヨシ) HONMA Tsuyoshi

物質・材料経営情報1号棟 424

URL】 http://mst.nagaokaut.ac.jp/amorph/

経歴
本務, 長岡技術科学大学, 准教授, 2014年01月01日 ~ 継続中
本務, 長岡技術科学大学, 助教, 2007年04月01日 ~ 2013年12月31日
本務, 長岡技術科学大学, 産学連携研究員, 2005年10月01日 ~ 2007年03月30日
三菱電機株式会社 先端技術総合研究所, 研究員, 2004年04月01日 ~ 2005年09月30日

学歴
長岡技術科学大学, 工学研究科, 博士後期課程エネルギー・環境工学専攻, 博士課程, 2004年03月25日
長岡技術科学大学, 工学部, 材料開発工学課程, 1999年03月25日
鶴岡工業高等専門学校, 工業化学科, 工業化学科, 1997年03月18日取得

学位
博士(工学), 長岡技術科学大学
修士(工学), 長岡技術科学大学

研究分野
無機材料・物性無機工業材料無機化学

研究テーマ
新規リチウム電池・ナトリウム電池材料の創製, ナトリウム電池
(大学HPより)



長岡技術科学大学


長岡技術科学大学(ながおかぎじゅつかがくだいがく、英語: Nagaoka University of Technology)は、新潟県長岡市上富岡町1603-1に本部を置く日本の国立大学である。1976年に設置された。大学の略称は技大(ぎだい)、技科大(ぎかだい)。

本学は1976年10月1日、実践的な技術の開発を主眼とした教育研究を行う大学院に重点を置いた工学系の大学として、新たな構想[1]の下に開学した。日本に2校ある「技術科学大学」のうちの1つで、豊橋技術科学大学(愛知県豊橋市)と同時に設立された。

高等専門学校からの三年次編入生が8割以上を占めるという特色を持つ。また、一年次入学者は第一学年一学期中は共通のカリキュラムを履修し、二学期開始時に各課程に配属されるシステムをとっている。なお一年次入学者のおよそ半数が工業高校や農業高校といった専門高校からの推薦入学となっている。

専門学校などと同様に、大学などで一般的な実験だけにとらわれず、現場での実習を取り入れた授業が展開されている。

「実務訓練」(いわゆるインターンシップ)として学部第4学年に約5ヶ月間、一般企業等の現場において実習させる体制をとる[2]など、実践的技術の開発を主眼とする教育研究を目指している。この実務訓練では、国内企業にとどまらず海外の企業および大学にも留学などの名称で積極的に学生を派遣している[1]。

また、国内の多くの大学で採用している二期制(前期、後期)ではなく三期制(一学期、二学期、三学期)を採用している。ただし、長岡という国内有数の豪雪地帯という立地もあって三学期は補充用の講義が開講されるのみであり、特に研究活動を行わない学部生にとっては、二学期が終了して翌年の一学期までの3ヶ月間は実質長期の冬休みと見なされている。

大学のモットー[3]
VOS
V(Vitality [活力])
O(Originality[独創力])
S(Services[世のための奉仕])
(Wikipediaより)




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