【物理】なぜ反時計回りのカーリングのストーンが左に曲がるのか？、立教大が解析 [oops★]

**oops ★** · 2022/09/08(木) 21:12:37.28

立教大学は9月5日、カーリング競技で用いられるストーンが「反時計回りに回転させると、進行方向に向かって左側に曲がっていくのはなぜか」という、98年間にわたって科学者の間で真っ向から対立する仮説に基づく議論が繰り広げられてきた“世紀の謎”を、精密な画像解析によって実験的に解決することに成功したと発表した。

同成果は、立教大理学部の村田次郎教授によるもの。詳細は、英オンライン総合学術誌「Scientific Reports」に掲載された。

カーリングにおいて、反時計回りの回転がかけられて投じられたストーンは、常識的な感覚からすると、反作用として氷との摩擦力を受けて右側に曲がっていくように思われるが、現実には左側に曲がっていくことが知られている。この謎は1924年に学術誌に取り上げられ、以来、さまざまな仮説が乱立してきたが、これまで謎のままだった。

物理学としては高校から大学1年生で学ぶ初歩的な力学だけで済むはずだが、これほど長い間詳細がわからなかったのは、仮説を判定するに足る十分に精密な実験データを技術的に得られなかったことに理由があるという。

そこで今回、村田教授が4次元以上の高次元空間を探す目的のため、マイクロメートルスケールで万有引力の法則を検証する実験用に開発した「画像処理型変位計」を用いて、ストーンの振る舞いを詳細に計測することにしたという。

※以下省略。記事全文はソース元にて

2022/09/06 18:46
https://news.mynavi.jp/techplus/article/20220906-2447776/

■立教大学プレスリリース
世紀の謎「カーリングはなぜ曲がるか」を精密観測で解明
https://www.rikkyo.ac.jp/news/2022/09/mknpps0000020uo9.html

■論文
Study of curling mechanism by precision kinematic measurements of curling stone’s motion
https://www.nature.com/articles/s41598-022-19303-4

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 00:35:05.16

コリオリ！！！？

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 00:46:47.31

ちん子が左向きなのも研究して欲しい

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 01:56:44.63

早いほうが動摩擦が弱い←へー
進んでく玉の前と後ろでは前のほうが摩擦は強いけど、それより早いほうが影響が大きい←ふむふむ
摩擦は小さな引っ掛かりの集まりで、小さな引っ掛かりは全体に均一に分布するから、
普段は動摩擦ってざっくり扱いでいいけど、実際には小さな引っ掛かりだから、
その引っ掛かりごとに回転重心がちょっとずれて、それで玉の進路が変わっていく←なるほど

早いほうが引っかかる確率が低い←ん？なんで？？
実験はコンデジで撮影して解析した←え、それでなんで摩擦がわかるの！？
122回教授が自分で投げた←お、お疲れさまです教授…

ってなんだか色々面白かったw

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 05:23:12.27

石の加工精度が悪い

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 06:19:52.08

前後での回転の影響の違いだろ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 07:31:57.11

スレチで既知の事なんだろうけど、この前初めて知った
ボウリングの玉って均一かと思ってたが
中に重りが入ってて曲がりやすくしてるんだって事
特にプロ用はその度合いが大きいらしい

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 07:42:26.57

氷が溶けて摩擦が減るんだから溶けてない前端エッジだけ効いてそれ以外は動摩擦一定に従ってんでしょ
記者の感覚って全体でマグナス効果作ってる野球やサッカーの球でもイメージしてるのか？

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 09:12:12.70

直接接している氷との摩擦の影響のほうが、マグナスよりははるかに影響大だろうな

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 09:45:19.46

そもそもカーリングストーンが動いてる時は水に浮いてるような状態であり
方向を変化させる要素は空気抵抗ぐらいしかないだろ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 09:46:19.91

回転をかけた方に曲がるんじゃないのか。

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 09:46:58.29

反時計回りが左に曲がるのって感覚的には普通だけど
メカニズムを説明しろと言われたら？ってなるね

ちなみに自分の指を机でグルグルさせると左に曲がるのはスムーズで右に曲がるのは若干抵抗ある

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 10:05:27.38

>>5
地面に接してる部分が違う
ボウリングは点で接してて、その部分の動きは一方向だから単純
カーリングは面で接してて、前後左右の動きが混在してる

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 10:10:58.56

前に行こうとする慣性力と、曲がろうとする回転摩擦力とのせめぎ合い
そこで登場するのがブラシだな、前進の摩擦抵抗と回転の摩擦抵抗を減らすってことか

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 10:14:00.65

＞時計回りの回転がかけられて投じられたストーンは、常識的な感覚からすると、
＞反作用として氷との摩擦力を受けて右側に曲がっていくように思われるが

いやこれが既におかしくね？
直感的には反時計回りの回転掛けたら進行方向から見て左に曲がると思うよ
野球でもサッカーでもボウリングでも全部そうじゃん
マグナス効果と摩擦では作用原理が違うのかも知れないけど
直感的に曲がると思う方向は同じだよ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 10:14:49.78

あー引用ミスった
反時計回りだ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 10:31:27.83

直感では左
理屈考えたら普通は右になる

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 10:36:20.49

直感だと、曲がらない、だな
前方は左に動いて、後方は右に動くんだから打ち消し合うはず
実際、止まった状態で回転させても、どちらかに動き出すなんて事にはならんだろうし

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 10:42:47.53

野球の球はマグナスによる回転外周の揚力の違いで曲がる
フリスビーとブーメランは、右側と左側の羽根の揚力違いにより傾いて曲がる
全部回転方向と曲がる方向が同じっておもろない、なんか逆曲がりはないのか

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 11:10:31.10

コリオリの力

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 13:13:11.07

>>1
北半球と南半球では異なり横道ではまっすぐになるのかなー？？
いやそうでも無さそうだ！！

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 13:17:57.69

進行方向↑
回転　←
　　↓　↑
　　　→

接点が↑だから←と干渉して←に曲がる

接する、触る、ぶつかる、干渉、抵抗etc
これらは極論すれば全く同じ事象
反時計回りに回転してる物体にぶつかったら反時計回り方向に吹っ飛ぶ
要はそれと一緒は

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 13:19:43.46

動摩擦係数って静止摩擦係数より低くなって一定だって習ったけど厳密には違うんだな
静止摩擦係数の限界に近付くほど指数的に急降下、つまり逆に速度が下がれば動摩擦力が上がるんだな
どうやって簡潔に説明するべきか

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 14:21:10.02

そりゃ左回転なら左へ曲がっていくし右回転すれば右へ行くだろ

何が問題なのか

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 15:20:48.11

>>22
うんおかしいね。
バックスピンを掛けたボールは上昇するし、ドライブ回転を掛ければ落ちるわけで、
それを横にしただけだから曲がる方向は同じだよね。

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 15:29:00.40

ストーンを前後左右に4分割して考えた時、
前と後ろはほぼ等しく逆方向の抵抗を受けるから相殺されて曲がりにはほぼ無関係、
左と右は速度差があるから遅い方が抵抗が高くなって曲がる。

石が速く進んでいるときは左右の抵抗の差は小さいから曲がりにくいけど、
止まりそうになると左右の抵抗の差が大きくなって曲がる。
ってことじゃないの？

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 15:40:26.48

反時計回りに回転すると、

進行方向右側では、地面との相対速度が早くなり
進行方向左側では、地面との相対速度は遅くなる。

適切な速度域になると、
右は動摩擦で抵抗を受け
左は静摩擦で抵抗を受ける。

動摩擦より静摩擦のほうが大きいから
左に強い抵抗がかかり、左に曲がる。

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 15:44:38.28

ちんこみたいなもんか

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 16:15:24.03

>>33
普通に考えたら速度が高いほうがより強いブレーキにならね？より多く激しく地面に分子・原子が衝突するんだから
それに進行方向に対しての位置付けなら減速後方のほうがより相対速度は遅くなる
まぁ定量的な話をしていないから俺達のは個人的な感想にしかならんなｗ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 16:18:58.71

>>34
それ回転による摩擦力が片側で回転速度(自転角速度)と進行速度が釣り合った場合の話だろ
ちょうど静摩擦に変わった場合ならそうなるが、スレタイのは全て動摩擦になってる
その場合でも回転によって相対速度は変わり摩擦係数が変わるんで、相対速度と動摩擦係数の関係としては
実は静摩擦係数限界に近付くほど動摩擦係数は加速度的に大きくなっていく傾向にあると考えても良いのでは

接触面の原子・分子レベルの衝突する角度の問題なんだろうか
微視的にはギザギザしているといったモデルを想像するのが分かりやすいし、実際にそう考えている人は多いようだ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 16:23:41.94

俺は摩擦係数が実は最大静止摩擦力を上限に山型に動摩擦力も可変している説でよろしく

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 16:45:59.10

直進すると荷重は後にかかる
なので後側の回転摩擦の影響で曲がるだけじゃね？
反時計回りだと右に回ってるんで物体は左に押される

ちなみに記事は読んでないｗ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 16:56:29.30

加速度が0ならむしろ摩擦抵抗によって若干前傾してる筈だな

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 16:58:01.57

>>40訂正
摩擦抵抗によってむしろ減速し

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 17:25:31.85

>>17
それだと右に曲がるでしょ

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 18:04:06.22

>>39 >直進すると荷重は後にかかる

慣性力だけなら前後同じじゃね？、風圧の分が後ろに加わるのか

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 18:47:03.28

氷の摩擦以外に、空力の影響は無いのか？

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 19:30:57.18

>>43
空気抵抗は自由落下の終端速度からしても判るように、カーリングストーンが人間の加速させられる初速限界以上でもない限りあまり響かん要素では
ストーンは丸いし

**名無しのひみつ** · 2022/09/09(金) 23:15:27.88

>>39
記事だと摩擦の発生する支点位置は確率と示されていた
どこが多いとは書かれてないので、等加速度運動としてみて
僅かな氷面の歪みでストーン支点がランダム移動するというイメージ
その場合、摩擦係数が最も高いのが左だから左に曲がるという結論だった

**名無しのひみつ** · 2022/09/10(土) 20:39:29.99

公転と自転だろ

**名無しのひみつ** · 2022/09/11(日) 11:55:03.96

>>1
自動車のタイヤのような場合だと
左右のタイヤの回転が同じなら、
自動車は真っ直ぐ進む。
もし右のタイヤの回転が速いなら、
自動車の右側が速く進むから、
タイヤの向きを変えなくても、
自動車は左に曲がる。
この理屈から考えることとする。
カーリングが反時計回りなら、
カーリングの左端の動きは、
カーリングの進行方向と逆向きになる。
もしカーリングの中心に乗って、
床の動きとカーリング左端の動きを
見ると、カーリング左端と床の動きは、同方向になる。このため、
床に対しては、カーリング左端は
相対的に遅く動くように見える。
同様に、カーリング中心に乗って
見ると、右端は床の動きと反対方向に
なるから、床に対する右端の動きは、
相対的に速くなる。
つまり、床に対して、
カーリングの右端が左端より速く動いて
いることになる。このことと前述の
タイヤの動きの場合を考え合わせると、
カーリングは左に曲がることになる。
極めて当たり前に思える。
まあ、流石に、こんな単純な理屈が
成り立つなら、小学校の夏休みの
自由研究レベルだから、
まともな論文にはなりようがない。
上記はどこか間違っているのだろう。
誰か、賢い人、間違いを指摘してくれ。

**名無しのひみつ** · 2022/09/11(日) 12:22:04.83

地球のどの場所でも同じなの？

**名無しのひみつ** · 2022/09/11(日) 17:15:46.13

>>48
右のタイヤは逆回転だぞ

**名無しのひみつ** · 2022/09/11(日) 17:33:25.84

ストーンの自転の角運動量が摩擦で減少するからその分ストーン全体の角運動量に分配されるのか
ただし角運動量の保存は外力が働かないときに成り立つから、この場合はどうなのかね

**名無しのひみつ** · 2022/09/12(月) 13:09:44.51

>>48
カーリングの場合ストーンの回転が速いとあまり曲がらずにまっすぐ進む
全く回転してないと不規則に動く
ゆっくり回転してるとちゃんと曲がる
自動車タイヤ説だと速く回転した方が曲がりやすそうなので自動車タイヤ説は違ってるかな

**名無しのひみつ** · 2022/09/13(火) 00:27:39.56

これまでは真面目な研究はなかった、の一言につきそうだな
カーリングのストーンの曲がり方だから笑い話ですむところだが、

**名無しのひみつ** · 2022/09/13(火) 09:52:23.38

スキーとかスノボやってる人なら分かると思うんだけど
滑ってる間は摩擦は小さいけど、止まってるときとか止まりかけだと
わりと摩擦力があることは感じられるんだよね。
ワックスの効きが悪いときは特に良く感じられる。

その感覚があるからカーリングのストーンもスピードが落ちて
止まりかけの時にググっと曲がるのは不思議な事には見えないんだよね。

**名無しのひみつ** · 2022/09/13(火) 10:50:31.16

>>54
なんで動摩擦と静摩擦じゃないの？

**名無しのひみつ** · 2022/09/14(水) 09:03:47.96

反時計回りの場合石の右半分よりも左半分の方が氷との相対速度が遅い
石の速度が早いときは動摩擦一定だから相対速度に関係なく底面の摩擦は均一
遅くなってくると左半分の中に相対速度ゼロの点が出てくる
そのポイントは静止摩擦だから左側が引っかかって左に曲がる

**名無しのひみつ** · 2022/09/19(月) 10:58:59.56

>>56
それだとある速度以下まで曲がらずにある速度以下で急に曲がりだすがかなり早い段階から曲がりだす場合も多い

**名無しのひみつ** · 2022/09/19(月) 12:31:25.74

>>57
横からだが動摩擦力、軽摩擦力のあのグラフを想像してるんだろうけどあれ係数なんだよね
動摩擦は速度に比例する
摩擦係数は力に関しての比率だからね、要は摩擦抵抗の加速度みたいなもんよ

**名無しのひみつ** · 2022/09/19(月) 12:32:03.75

軽摩擦力→静摩擦力