ポテトチップスが美味しい理由は、その成長と深く関係している

今年も秋の行楽シーズンがやってきましたが、ランドセルに欠かせないおやつといえばポテトチップスです。

軽くてふわふわした食感を黄金色のサクサクの皮で包み、「カリッ」という心地よい音で、おいしさを楽しみながら幸せな気分にさせてくれます。ポテトチップスの入ったバケツをもう一度開けたとき、一瞬でも「なぜこのチップスはこんな形をしているのだろう？」と不思議に思ったことはありませんか？

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ポテトチップスの形状問題がインターネット上で話題になっているようだ。インターネット上では多くの議論がなされていますが、その議論は基本的に似ています。サドル表面の形状は性能がより安定しており、製造や輸送中に破損しない可能性が高くなります。数年前、ビ監督は異なるアプローチをとった。彼は、サドル面の安定性について議論する代わりに、かなり無意味な「接線と食用理論」を提唱しましたが、これは実に目を引くものでした。

ビ・ダオの「切ったものを食べる」理論

ではポテトチップスの分野では、製造や輸送を容易にするため、安定性を高めるためにも鞍型が使われているというのは本当ですか？

ポテトチップスはどれも同じ形ですか？

ポテトチップスは包装形態によって袋入りと樽入りに分けられます。袋入りポテトチップスは、カットされた本物のオリジナルポテトチップスですが、樽入りポテトチップスは、マッシュポテトを型に押し込んで作られています。そのため、ポテトチップスの樽の形状が均一になり、整然と詰めやすくなります。袋詰めポテトチップスの形状はよりランダムであり、エアバッグにのみ詰めることができます。

バレルポテトチップス成形金型

樽の中のポテトチップスの形は使用する型によって決まり、理論的にはどんな形にも作ることができます。しかし、実際に市販されている樽入りポテトチップスの一般的な形状は、単曲線型、双曲型（鞍型）、波型の3 種類だけです。一般的なオリジナルカットの袋入りポテトチップス（下の写真の一番上のもの）も鞍型をしています。これは偶然でしょうか、それとも必然でしょうか?

ポテトチップスの形状比較（著者提供写真）

実際、ポテトチップスの袋の中には、多かれ少なかれ「鞍型麺」の形をしたチップスが入っています。ポテトチップスは揚げると膨らみますが、膨らみが不均一で反りが生じます。さらに、繊維の成長などの要因により、スライスされたジャガイモは2方向に反り、最終的に鞍面を形成します。

不均一な拡大（著者提供写真）

したがって、サドルヌードルは、実際には生のジャガイモのスライスを揚げた後に自然に形成された曲面です。

丈夫なサドル表面

サドル面がどのように配置されていても、両側の 2 点で地面に接します。単曲面が上向きに開くと地面との接触面は「線」となり、下向きに開くと鞍面と同じになります。下図の式によれば、同じ条件下では、上向き開口部を有する単曲線危険部の曲げモーメント（M1）が、鞍部面および下向き開口部を有する単曲線部の曲げモーメント（M2）よりも大きいことがわかります。この観点から、ポテトチップスが圧縮された後、サドル面は接触位置での摩擦トルク（ｆｈ）による内部の危険位置での曲げモーメント（Ｍ２）を緩和し、強度を向上させる。

2つの曲げ形状の曲げモーメントの比較（写真は著者提供）

しかし、ポテトチップスの場合、この条件下での強度比較はあまり役に立ちません。樽に入ったポテトチップスの包装は非常に頑丈で、圧力によってチップスが潰れてしまう可能性は極めて低いです。ここで、ポテトチップスの形の違いは、実はあまり重要ではありません。これは、サドル表面の形状が単に高強度を目的として設計されたものではないことを示しています。

しかし、容器に入ったポテトチップスは壊れてしまいます。パッケージの両端にあるポテトチップスは輸送中に前後に振動し、梱包箱の端に衝突します。反ったポテトチップスは底が空中に浮いているため、衝撃力で割れる可能性が高くなります。逆に平らな形状にすれば、輸送過程での振動や破損の可能性は大幅に小さくなります。

なぜポテトチップスがサドルヌードルになるのでしょうか？

そうだとしたら、なぜ一部のブランドはそれをサドルヌードルにすることにこだわるのでしょうか?実際、そうすることは主に外観と味に反映される製品の差別化を追求することに関するものです。

見た目の面では、サドルの表面が明らかにより芸術的になっています。味わい的には、鞍型の表面の方が力が加わると割れる感覚が強いです。ポテトチップスが口の中に入ってから噛むと、チップスには上下両方向に力が加わります。これらの力の作用により、単一湾曲ポテトチップスは凹線で 2 つに割れる可能性が高くなりますが、鞍型表面ポテトチップスは 2 つの凹線があるのと同等であり、少なくとも 4 つに割れます。

骨折線の比較（著者提供写真）

ポテトチップスがより多く割れるのは、サドル表面がより均一に応力を受けているからではないことは言及する価値があります。実際、口腔閉塞状態では、ポテトチップス内部の力の状態は不均一です。

サドルルーフ

サドルルーフの仕組みは、ポテトチップスが割れる仕組みとはまったく異なります。ポテトチップスにかかる力は比較的ランダムですが、サドル屋根にかかる力は固定されており、つまり屋根の荷重は垂直下向きになります。この垂直方向に均一に分散された荷重の作用下でこそ、サドルルーフはその優位性を発揮します。

サドルの表面を切り開くと、「アーチ」構造が見つかります。周知のように、アーチ構造は大きな支持力を有しており、そのおかげで構造は自身の重量と荷重を構造内部の押し出し力に変換することができ、引っ張り力の弱点を解消します。

アーチフォース（写真提供：著者）

サドル表面の内部力はアーチ構造の内部力と似ていますが、いくつかの違いがあります。サドル面を凹線に沿って切断した後、上部の凹部分（図の青い部分）が圧縮部分となります。中央の凹面部分はアーチ構造の対称面と類似しています。両側が互いに圧迫し合い、その圧力を支える材料としてコンクリートが使用されています。凹状の部分（図の緑色の部分）は引張部分であり、面同士を繋ぎ、互いに伸び合う懸垂線に似ています。この方向では、引張性能を高めるために鉄筋を配置する必要があります。

断面の内部力による張力と圧縮力（写真は著者提供）

サドル面の引っ張りと押し付けにより、鉄筋コンクリートの鉄筋とコンクリート構造の性能を最大限に引き出します。この構造は、広東星海コンサートホール、華南理工大学体育館、プエルトリコポンススタジアム、ベルリン万博会議ホールなど、多くの用途があります。しかし、サドル面全体のコンクリート薄殻構造のスパンは結局のところ限られています。体育館で使用する場合は、華南理工大学の体育館のように、4つのサドル面に分割し、個別に支える必要があります。

華南理工大学体育館（華南理工大学公式サイト）

大型体育館の鞍面屋根構造全体がこの鉄筋コンクリート薄殻構造を採用していないのは、ポテトチップスの鞍面とはさらに異なる点である。自重を減らすために、我が国のアイスリボン国立スピードスケートオーバルの屋根のように、柔軟なケーブル構造が使用されています。ケーブル構造には圧力はなく、張力のみがかかります。屋根構造全体は、その自重とその他の付属設備の重力により自然に沈みます。デザイナーはこの状況を利用して鞍型の屋根構造を作り上げ、機械を芸術に変えました。

ナショナルスピードスケートオーバルの鞍型屋根（ナショナルスピードスケートオーバル公式サイト）

企画・制作

出典：上海科学技術館

著者：王永建、南京農業大学准教授、江蘇省機械学会科学普及委員会副事務局長、江蘇省科学技術コミュニケーション専門家

編集者：ヤン・ヤピン

校正：Xu Lai、Lin Lin