魔法のような対比: なぜボトルのキャップを開けられないのに、素手でスイカを割ることができる人がいるのでしょうか?

多くの人にとって、女の子の強さは謎です。高校時代の同級生がボトルのキャップが開けられないといつも私に助けを求めてきたことを今でも覚えています。彼女を助けるたびに、私は彼女を笑いました。しかしある日、クラスの活動のためにスイカを数個買ったとき、みんなが果物ナイフを持っていないことを心配していたとき、彼女は片方の手のひらでスイカを割って私たちを驚かせ、強力な金剛掌という評判を得ました。あなたは人生で同じような状況に遭遇したことがありますか?女の子は力が足りないからボトルのキャップを開けられないというのは本当ですか？ではなぜ彼女は素手でスイカを割ることができるのでしょうか?彼女は私に興味があって、私に近づくためにわざとボトルのキャップを開けたままにしていたのでしょうか?目を覚まして夢を見るのをやめなさい！今日はこの不思議なコントラストの背後にある理由についてお話ししましょう。

ボトルのキャップが開けられなくて困った経験はありませんか？画像出典: WeChat パブリックアカウント @GlobalPhysics

01ボトルキャップの密封原理

まずはボトルキャップを分解してみましょう。ボトルキャップには、トップ、シーリングガスケット、ネジ、接続ブリッジ、盗難防止リングなどの主要部品があることがわかります。飲料が工場から出荷される際、ボトルキャップと盗難防止リングは、コネクティングブリッジと呼ばれる一列の構造物によって接続されます。ボトルのキャップを外すと、接続ブリッジが壊れます。これにより、飲み物が開封されたかどうかを判断できます。

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ボトルキャップをねじ込むと、ボトルキャップのねじ山とボトル口のねじ山が互いに連動して、ボトル口がボトルキャップの奥まで徐々に入ります。ボトルキャップを締めると、ねじ山の間に一定の接触圧力が生じ、ボトルの口とシールガスケットがしっかりとフィットします。

ボトルのキャップを開けて、中身を見てみましょう。画像出典: WeChat パブリックアカウント @科普青岛

ボトル口とボトルキャップの相互圧縮と接続ブリッジの構造設計により、ボトルキャップの良好な密閉性能が確保されますが、ボトルキャップをねじる際の障害にもなります。

02女の子にとって、ボトルのキャップを外すのはどれくらい難しいでしょうか?

ボトルのキャップを外すには、まずこれらの圧迫面間の摩擦を克服する必要があります。ボトルの口とボトルのキャップの間の接触圧力が大きければ大きいほど、それらの間の摩擦が大きくなります。第二に、接続ブリッジをすべて破壊するには、追加の力を加える必要があります。

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ボトルキャップを回す難しさを測るために、業界では緩めトルクと呼ばれる指標が使用されています。簡単に言えば、トルクは、ボトルキャップの接線方向に指が加える力にボトルキャップの直径を掛けたものに等しくなります。飲料ボトルのキャップにはそれぞれ緩めるトルクが異なります。ボトルキャップは、外部から加えられるトルクが緩めるトルクよりも大きい場合にのみ緩めることができます。

この図はトルクの概念を簡単に理解するために使用できます。 F は指がボトルキャップの接線方向に加える力、d はボトルキャップの直径です。

出典: 作者による描画

コカコーラを例にとると、その緩めトルクは 1.09 ～ 1.31 N*m です。調査によると、女性の約半数がコカコーラのボトルのキャップを外すことができないことが分かっています[1]。

各種飲料ボトルキャップの緩めトルク図 出典：参考文献[1]

手の力が弱いことに加え、痛みも女の子がボトルのキャップを開けられない理由です。ボトルキャップの外側には滑り止め模様と呼ばれる縦縞模様があります。指とボトルキャップの間の摩擦を増やし、力を加えたときに指が滑るのを防ぐことができますが、これらの凹凸のパターンは、ボトルキャップをひねるときに指に痛みを引き起こす可能性があります。

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研究によると、女性は男性の2倍の神経線維を皮膚1平方センチメートルあたりに持っているため、男性と比較して女性はボトルのキャップを外すときにより強い痛みを感じるそうです[2]。さらに、女性の多くはハンドクリームを塗ることが多く、肌の角質層が少なく、滑らかな指がボトルキャップの上で滑りやすく、ボトルキャップを回すのがさらに難しくなります。

03素手でスイカを切る秘密

スイカを素手で割るのは、レンガを割ったり、ドリアンを素手で開けたりするのと似ていて、どちらもマッチョな行為です。ボトルのキャップも開けられないのに、素手でスイカを割れる女の子がいるのはなぜでしょうか？これは実はスイカの成長特性に関係しています。スイカが成熟する過程では、果肉が皮よりもはるかに速く膨張するため、皮は果肉に支えられ、果肉は皮に抑えられます。皮には張りがあり、果肉には圧力がかかっています。熟したスイカは、たとえ外部からの力が全く加わっていなくても、内部には張力と圧力の自己バランスが保たれています。この現象は内部応力バランスと呼ばれます。

スイカには内部のストレスバランスがあります。皮は支えられて張力があり、一方、果肉は縛られて圧縮されています。

出典: 作者による描画

スイカのいくつかの品種は、空気で満たされた風船が破裂寸前であるように、成熟すると特に大きな内部ストレスが発生します。このとき、軽くたたいたり、指で弾いたりするなど、少し外力を加えると、スイカの皮に肉眼では判別しにくい小さな亀裂が生じます。小さな亀裂は、まるで針で突かれた風船のように、内部応力のバランスを崩します。これらの小さな亀裂は急速に拡大し、大きな亀裂に発展して皮を貫通し、スイカが破裂する原因となります。

針を使って風船を突くことで、素手でスイカを開ける過程と比較することができます。画像ソース: bilibili@The_Maker

このプロセスを開始するのにそれほど力は必要ないので、力が弱い女の子でもスイカを叩き落とすことができます。非常に熟したスイカの中には、内部の過度のストレスにより畑で爆発してしまうものもありました。

一発の弾丸で爆発するこのスイカは、まさにスイカの中でも最高峰です。画像ソース: bilibili@Origin Planet

もちろん、すべてのスイカが素手で簡単に割れるわけではありません。触ると割れるスイカは、通常、皮が薄く、果汁が多く、果肉が充実しており、これはパスカルの法則で説明できます。パスカルの法則は、閉じ込められた液体内の 1 点に加えられた圧力は、その大きさを変えずに液体のすべての方向に伝達されるというものです。つまり、スイカの内部が水で満たされている場合、局所的に叩くことで発生する圧力がスイカ全体に素早く伝わり、スイカの最も脆弱な部分を見つけてそこに亀裂を形成する可能性があります。スイカに水分が少なく、中に穴があいているもの（サンドメロンなど）は、圧力の伝達が弱くなったり、遮断されたりして、素手で開けるのが難しくなることがあります。

04ボトルのキャップが外せない場合は、こうすればいい

最後に、ボトルのキャップをひねる方法についてのヒントをいくつか紹介します。まず、服の上からねじって通します。これにより、手とボトルキャップの間の摩擦が増加して滑りが防止され、指とボトルキャップの滑り止め溝との直接接触が回避され、痛みが軽減されます。第二に、コーラのような炭酸飲料の場合、ボトル内のガスがボトルキャップを押すため、ボトルキャップとボトル口の間の圧迫が強くなり、キャップを回して外すときに大きな摩擦を克服する必要があります。ボトルのキャップを少し押し下げると、ひねりやすくなります。ガラス瓶に入った缶詰を開ける場合は、蓋を締める前に瓶の底を軽くたたいてみるのもよいでしょう。

もちろん、格闘技の天才であれば、優雅な回し蹴りを使ってボトルのキャップを開けることもできます。

参考文献

[1] 王北海、ウェン・チュンメン。成人女性のスクリューキャップを開ける能力に関する研究[J]。パッケージングエンジニアリング、2008、(07):102-103+106。

[2] テンセント医学辞典、2023年、男性と女性の体の8つの大きな違い。実際これを読んで少し感動しました…

企画・編集：ディン・ドン