バナナの皮はどれくらい滑りやすいでしょうか？答えを言うと、彼はバナナの皮を60回「踏んだ」のです

バナナの皮で滑ったことはありますか?バナナの皮だけでなく、スイカの皮、リンゴの皮、「玉ねぎの鼻水」、「キャベツの殻」などの台所のゴミも、簡単に人を滑らせる原因になります。映画では、バナナの皮で滑るシーンがよく見られます。

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なぜこれらの台所廃棄物は人を滑らせるのでしょうか?バナナの皮、リンゴの皮、オレンジの皮のうち、どれが滑りやすいでしょうか?これらの現象は人類にどのようなインスピレーションをもたらすのでしょうか?

危険な「ネギ鼻水」、出典：日本のTwitter

バナナの皮で「ノーベル賞」を受賞した「退屈な」老人

バナナの皮はどれくらい滑りやすいですか?

実際に、これについて真剣な実験研究を行った科学者もいます。北里大学保健医療学部の馬六清子教授（日本人科学者）は、バナナの皮の摩擦係数を測定し、その潤滑原理を解明した功績により、2014年のイグ・ノーベル物理学賞を受賞した。

馬劉教授は、関節軟骨と人工関節の潤滑機構の研究に携わっています。彼は自分の研究成果を他の人に話すとき、「これ（関節）は、回すときにバナナの皮を踏むのと同じくらい滑りやすい」とよく言っていた。ある日、彼は突然、バナナの皮はどれほど滑りやすいのかに気づきました。私の例は正しいでしょうか?

好奇心と知識欲が彼を、バナナの皮を踏んだときの摩擦力に関する文献データを見つけようと奮闘させました。しかし、バナナの皮がどれだけ滑りやすいかを真剣に研究した人は誰もいなかったので、彼は独自の研究を行うことにしました。

当初、馬劉教授は傾斜面を使ってバナナの皮の摩擦係数を直接測定したいと考えていました。彼はバナナを斜面に置き、斜面の角度を大きくし続けました。最終的に、バナナが傾斜面上を滑ることができるのは、傾斜角が 45 度を超えたときだけであることが発見されました。換算すると、バナナの静摩擦係数は約 1.2 であると結論付けられます。この値は、靴底と平らな地面の間の摩擦係数である0.4（摩擦係数が小さいほど滑りやすい）をはるかに上回ります。バナナの皮は滑り止めになるのでしょうか？この結論は明らかに常識に反しています。静電気で動かしたバナナの皮では、バナナの本来の滑らかさを完全には反映できません。

バナナの皮の摩擦係数を荷重の有無で測定する2つの方法、出典：参考文献1

そこで、馬劉教授は、実験室にある特殊な装置を使って人工関節の潤滑レベルを測定し、人がバナナの皮を踏む状況をシミュレートしてバナナの皮の摩擦係数を測定することにしました。

馬劉教授は、60セットのデータを測定した後、シミュレーション条件下でのバナナの皮の摩擦係数はわずか0.066であり、これは通常の状況での足の裏と平らな地面の間の摩擦よりもはるかに低く、スキーやスケートをするときの足の下の摩擦よりもさらに小さいことを発見しました。バナナの皮は確かにとても滑りやすいです。

馬劉教授はバナナの皮に加えて、リンゴの皮やオレンジの皮など、摩擦係数がそれぞれ約0.1と0.2であるさまざまなバイオマスの摩擦係数もテストしました。

安全工学の観点から見ると、摩擦係数が 0.1 未満の表面では滑る可能性が 90% あります。つまり、バナナの皮やリンゴの皮を踏んだ後に滑る確率は 90% 以上です。

各種バイオマス表面の摩擦係数、出典：参考文献1

バナナの皮はなぜ滑りやすいのでしょうか？

これはバナナの皮の構造から始めなければなりません。馬劉教授は電子顕微鏡を使用して、バナナの皮の内側の表面に泡状の細胞が多数存在し、その中に多糖類の生物学的粘液が多量に詰まっていることを観察しました。圧迫すると、粘液を含んだ小さな泡が破裂し、粘液が放出されます。これらの粘液の潤滑効果こそが、あなたや私が夢中になる原因なのです。

破裂前と破裂後のバナナの皮のマイクロバブルの比較、出典：参考文献1

粘液に依存するバイオマス潤滑は非常に一般的な状況です。バイオマス粘液の組成は比較的複雑ですが、一般的に、果物の粘液は主に細胞液に溶解した多糖類などの大きな分子によって形成されます。多糖類の炭素鎖が長いため、顕微鏡レベルで複雑な三次元ポリマーネットワークを形成でき、より高い粘度を実現できます。

おそらく、次のような疑問をお持ちかもしれません。「粘度の高い流体は流れにくい。」これは彼らの内部でより大きな摩擦が生じていることを示しているだけではないでしょうか?なぜ粘液には潤滑効果もあるのでしょうか?

これは、一般的な固体接触摩擦では、実際には全面が接触しているわけではなく、表面の突出部分の間でのみ摩擦が発生するためです。このとき固体表面の間に液体を導入して液膜を形成すれば、固体との直接接触を最小限に抑えることができます。

粘液が通常の透明液体よりも優れた潤滑効果を持つ理由は、粘液の粘度と内部摩擦が高いため、圧力がかかったときに接触面から排出されにくくなり、潤滑膜厚と潤滑表面積比が大きくなるためです。

しかし、これらのバイオマスが完全に脱水されると、潤滑効果は失われます。

知らないかもしれないが、関節はバナナの皮よりも滑りやすい

バナナの皮やリンゴの皮などのバイオマス潤滑剤は、私たちの生活の中ではちょっとしたトラブルを引き起こす程度ですが、場合によっては、バイオマス潤滑剤は大きな損失を引き起こす可能性があります。

中央日本の山岳地帯の一部では、8年ごとにヤスデの大発生が起こります。このヤスデのライフサイクルは 8 年なので、8 年目はちょうど交尾のために土から出てくる時期です。ヤスデの大発生は非常に壮観で、1平方メートル以内に数百匹のヤスデが生息します。ヤスデが地域にもたらす最大の迷惑は、鉄道上に大量発生することである。

ヤスデ。閉所恐怖症の問題を考慮して、密集したヤスデの写真は投稿しません。出典: Veer Gallery

現地は山岳地帯であり、線路には一定の傾斜があります。ヤスデが大量に集まると、ヤスデを潰した後に出る粘液のせいで電車が滑ってしまいます。ひどい場合には、上り坂で列車の車輪が完全に空転してしまいます。

ヤスデの繁殖期である2か月間、ローカル線は運行を停止しなければならなかった。そのため、このヤスデは「列車ヤスデ」という通称を得ています。

一方、柔軟に歩く能力は生物学的潤滑と切り離せないものです。人体の中で最も魔法のような潤滑剤は滑液です。滑液は関節腔全体を満たし、関節の動きを潤滑します。人間の関節は、数十年にわたって数百ニュートンの圧力に耐える必要があることがよくあります。長期間にわたり良好な機能を維持できるのは、関節液のおかげです。関節液（そしてもちろん関節腔全体の独特な構造）によって潤滑されているため、関節の摩擦係数はバナナの皮の約 10 分の 1 に過ぎず、これはスケートやスキーの際の摩擦係数よりも数倍低い値です。

関節液にはヒアルロン酸が大量に含まれており、これも潤滑特性を持つ生物学的高分子です。多糖類やヒアルロン酸以外にも、タンパク質や核酸など生体内には多くの生体高分子の水溶液が存在し、潤滑効果のある粘液を形成できます。この意味では、すべての生物は特定の条件下では「滑りやすい」のです。

バイオマスに関連する潤滑現象の研究は、人間の物質生産と身体の健康に深く関係しています。研究対象がいかに信頼できないように見えても、その背後にある動機は真剣なものである。

参考文献:

その人の皮膚はつるつるしている。関節は滑りやすいですか？ナナの滑りやすい、さらにライフサイエンスの広か?りへ科学と技術と文化は?ナナの肌？拡張の世界 - 生物科学？表面微細構造とは何ですか?ロス？ルの摩擦と水と潤滑～生物滑りらかな運動学的説明へのアフ？ロチ