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🐾豆柴夫婦の記録「マメログ」

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2023年08月11日

🍝 乾麺パスタを半分に折ると3つ以上になるのはなぜ？親子でできる科学実験

テーマ：死ぬほどワクワクする好きなことを探す旅(23)

カテゴリ： 🔬 豆柴夫婦の雑学探訪

※本記事には楽天アフィリエイトの商品リンクが含まれています。

「乾麺のパスタを折ると、なぜ三つ以上に割れるの？」
「本当に二つだけに折ることはできないの？」
「夏休みに親子で取り組める実験を探している」

家にあるスパゲッティを一本取り出して、両端をゆっくり曲げてみてください。

真ん中で折れて、きれいな二本になると思いませんか。

ところが実際に試してみると、三つ以上に折れたり、小さな破片が飛び散ったりすることがあります。

わが家でも家族で挑戦したところ、何度試しても、なかなか二つだけには折れませんでした。

ところが、息子が、

と言いました。

調べてみると、乾麺をねじってから曲げる方法は、MITの研究チームが実験した「二つに折る方法」と同じ発想でした。

今回は、乾麺のスパゲッティが三つ以上に折れやすい理由と、親子で安全に試せる実験方法をご紹介します。

乾麺パスタは二つだけに折れにくい

乾燥したスパゲッティの両端を持ち、ゆっくり力を加えて曲げてみます。

中央付近で最初の亀裂が入り、

「二つに折れた！」

と思った瞬間、さらに別の場所が折れることがあります。

その結果、三つ、四つ、あるいはそれ以上の破片に分かれます。

毎回必ず三つ以上になるわけではありません。

麺の長さ、太さ、水分、材質、持つ場所、力の加え方などによって、二つに見える場合もあります。

それでも、一般的な乾燥スパゲッティを普通に曲げると、複数の破片に割れやすいことは研究でも確認されています。

　赤豆柴：思ったとおりにならないから、実験は面白いんだゾ！

親子で乾麺パスタを折ってみた

まことしやかに西洋には『パスタの神は乾麺を半分に折ることを認めていない』という言葉があると言われています…。

こんな話を聞くと、豆柴家ではすぐに会議が始まります。

　黒豆柴：そんなの嘘やね。
　　　　　ボクならきれいに半分にできるよ。

すると妻が台所からスパゲッティを持ってきます。

　赤豆柴：それなら、すぐにやってみるんだゾ！

パキン。
ポキン。

家族で一本ずつ挑戦します。

折れた乾麺をよく見ると、二本の大きな破片だけではありません。

その間から、小さな欠片が飛び出していました。

何度試しても、すべての破片を含めて二つだけにすることは、なかなかできません。

一度だけ二つに折れたように見えたものもありましたが、よく探すと、小さな欠片が落ちていた可能性もあります。

実験を続けていると、息子が力の加え方を変えました。

　白豆柴：ねじりながら折ったときは、欠片が飛び散らなかった気がします。

その場では偶然かもしれないと思いました。

しかし、あとから調べると、この「ねじりながら折る」という方法には、物理学的な理由があったのです。

　黒豆柴：もしかして、息子は先に答えへ近づいていた？
　赤豆柴：まずは自分で試したから気づけたんだゾ！

※折った乾麺は、床などへ落ちていないものを調理し、家族でおいしくいただきました。

なぜ最初に折れたあと、さらに割れるのか

乾麺のスパゲッティは、細長く、曲げるとしなる棒のような形をしています。

両端から曲げていくと、中央付近の曲がりが大きくなります。
　↓
耐えられる限界を超えた場所で、最初の亀裂が入ります。
　↓
普通に考えれば、ここで二本に分かれて終わりそうです。
　↓
しかし、最初に折れた瞬間、曲げられていた乾麺は急に元のまっすぐな形へ戻ろうとします。
　↓
この反動によって「曲げの波」が乾麺の中を伝わります。
　↓
波が別の場所の曲がりを大きくし、その部分にも新しい亀裂が入ることで、三つ以上に割れることがあります。

フランスの研究者バジル・オドリ氏とセバスチャン・ノイキルヒ氏は、乾燥スパゲッティのような細くてもろい棒が複数に割れる仕組みを研究しました。

2005年に発表された論文では、最初に折れたあとの急激な変形によって生じる曲げ波が、さらに破壊を起こす仕組みが説明されています。

詳しくは、米国物理学会の論文「Why Spaghetti Does Not Break in Half」で確認できます。

　黒豆柴：最初の一回で三つ同時に割れているわけではないんやね。
　赤豆柴：最初に折れた反動が、次の亀裂を生むんだゾ！

乾麺パスタを二つに折る方法

乾麺を二つだけに折ることは、絶対に不可能というわけではありません。

2018年、マサチューセッツ工科大学、通称MITの研究チームは、乾麺を強くねじってからゆっくり曲げると、二つに折れる条件があることを発表しました。

ポイントは、次の二つです。

1．乾麺へ十分なねじりを加える
2．ねじった状態を保ちながら、ゆっくり曲げる

乾麺が最初に折れると、まっすぐに戻ろうとする動きだけでなく、ねじれを戻そうとする動きも生まれます。

このねじれが戻る波は、曲げによるエネルギーの集中を抑え、二回目以降の亀裂を起こりにくくすると説明されています。

MITの研究では、実験装置を使って麺をねじる角度や曲げ方を細かく制御し、高速度カメラで破壊の様子を記録しています。

家庭で手作業をした場合、同じ結果が必ず得られるわけではありません。

乾麺の長さや太さ、種類によっても、必要なねじり方は変わります。

詳しくは、 MIT News「MIT mathematicians solve age-old spaghetti mystery」で紹介されています。

　白豆柴：やはり、ねじることに意味がありました。
　黒豆柴：自分で試して気づいたところが、すごいね。
　赤豆柴：答えを知らなかったから、発見を楽しめたんだゾ！

親子でできるパスタ実験の進め方

乾麺を折るだけでも実験になりますが、条件をそろえて記録すると、自由研究にもつなげられます。

用意するもの

・乾燥スパゲッティ
・大きめのトレーまたは新聞紙
・折れた本数を記録する紙
・筆記用具
・分度器
・保護メガネ

結果を比べる場合は、同じ商品から取り出した、なるべく同じ状態の乾麺を使います。

細長いスパゲッティが適しています。

平たいパスタや中が空洞になったパスタは形状が異なるため、同じ結果になるとは限りません。

実験1．普通に曲げて折る

乾麺の両端を持ち、中央付近が弓のように曲がるよう、ゆっくり力を加えます。

折れたあと、できた破片の数を数えます。

一回だけでは偶然かもしれないため、同じ方法で五回から十回ほど試します。

記録する項目は、次のようにすると分かりやすくなります。

・実験した回数
・大きな破片の数
・小さな欠片の有無
・最初に折れた場所
・気づいたこと

実験2．ねじってから曲げる

次は、乾麺の両端を持ち、ねじった状態でゆっくり曲げます。

ねじる角度を変えながら、破片の数を記録します。

例えば、

・ねじらない
・半回転程度ねじる
・一回転近くねじる

という条件で比べます。

ただし、家庭ではねじる角度や力を正確にそろえることが難しいため、

「何度なら必ず二つになる」

と一回の結果だけで結論づけないようにします。

同じ条件を何度か繰り返し、結果の傾向を比べることが大切です。

実験3．太さの違う乾麺で比べる

太さの異なるスパゲッティがあれば、同じ方法で折って比較できます。

細い麺と太い麺では、

・折れるまでに必要な力
・曲がり方
・破片の数
・破片が飛ぶ距離

などに違いが見つかるかもしれません。

複数の商品を使う場合は、商品名、太さ、ゆで時間など、袋に書かれた情報も記録します。

ただし、太さ以外にも材料や製造方法が異なる可能性があります。

結果に違いが出ても、太さだけが原因とは限らないことを書き添えましょう。

実験するときの安全上の注意

乾麺は身近な食材ですが、折れた瞬間に鋭い破片が飛ぶことがあります。

目や顔へ向けて折らないでください。

小さな子どもと実験するときは、必ず大人が付き添います。

安全に試すため、次のことに注意しましょう。

・顔から離れた位置で折る
・人やペットがいない方向へ向ける
・大きなトレーや箱の中で折る
・できれば保護メガネを着用する
・床へ落ちた破片を放置しない
・折れた先端で手を傷つけないようにする
・乾麺を口にくわえたまま折らない

実験後は、周囲に小さな破片が残っていないか確認します。

床へ落ちたり、多くの人が触ったりした乾麺は、無理に食べないようにしましょう。

自由研究では「予想・実験・結果・考察」を残す

自由研究というと、珍しい結果や大きな発見が必要だと考えてしまいます。

しかし、研究で大切なのは、必ず成功することではありません。

「二つに折れると思ったのに、なぜ三つになったのだろう」

という疑問も、立派な研究の入口です。

まとめるときは、次の順番で整理します。

1．疑問

乾麺のスパゲッティは、なぜ二つだけに折れにくいのか。

2．予想

中央へ均等に力を加えれば、二つに折れるのではないか。

ねじりながら曲げると、破片の数が変わるのではないか。

3．実験方法

使用した乾麺、持った場所、ねじり方、実験回数などを記録します。

写真や図を添えると、実験方法が伝わりやすくなります。

4．結果

予想と違っていても、そのまま記録します。

二つに折れなかったことも大切な結果です。

5．考察

なぜ、その結果になったのかを考えます。

分からなければ、本や信頼できるWebサイトで調べます。

調べて分かったことと、自分が実験から考えたことを分けて書くのがポイントです。

　黒豆柴：最初から正しい答えを知っている必要はないんやね。
　赤豆柴：予想が外れたところにも、新しい疑問が隠れているんだゾ！

興味を持ったら、すぐ試せる環境を作る

子どもが、

「本当にそうなるの？」

と疑問を持ったときは、学びが始まる瞬間です。

親がすぐに答えを教えるより、

「どうなると思う？」
「試してみようか」

と声をかけることで、子ども自身が予想する時間を作れます。

わが家のパスタ実験も、大がかりな準備をしたわけではありません。

妻が台所から乾麺を持ってきて、その場で家族が試しただけです。

それでも息子は、折り方を変えながら、

「ねじれば結果が変わるかもしれない」

と気づきました。

答えを知らない状態で試したからこそ、生まれた発想だったのかもしれません。

親に専門知識がなくても構いません。

一緒に試す。
結果を見る。
分からないことを調べる。

この繰り返しが、好奇心を探究へつなげます。

ただし、子どもが疑問を持つたびに、本格的な自由研究へ発展させる必要はありません。

一回試して満足することもあります。

子どもの興味に合わせ、無理なく楽しむことが大切です。

実験のあとは家族でパスタを楽しむ

実験用に取り出した乾麺は、衛生面に問題がなければ、折れたまま調理できます。

自由研究を終えたあとに家族で食べれば、実験から食事まで一緒に楽しめます。

豆柴家では、パスタの好みが少し違います。

　黒豆柴：パスタといえば、あんかけスパゲッティやね。
　赤豆柴：ポモドーロが好きなんだゾ！

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　黒豆柴：辛いものが苦手なボクでも、たまに食べたくなります。
　赤豆柴：野菜やウインナーも添えたいんだゾ！

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　赤豆柴：マスカルポーネを使ったポモドーロも最高なんだゾ！
　黒豆柴：実験で使ったパスタが、おいしい昼食になりました。

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一本の乾麺から物理学を楽しもう

乾麺のスパゲッティを普通に曲げると、二つではなく三つ以上に折れることがあります。

最初の亀裂が入ったあと、乾麺がまっすぐに戻ろうとする反動で曲げの波が生じ、別の場所にも亀裂が入るためです。

一方、十分にねじってからゆっくり曲げると、二つだけに折れやすくなる条件があることも研究されています。

家庭で実験するときは、次の順番で試してみましょう。

1．普通に曲げ、破片の数を記録する
2．同じ方法を複数回繰り返す
3．ねじり方を変えて結果を比べる
4．太さの異なる乾麺でも試す
5．予想と結果の違いを考える

家にあるパスタ一本からでも、物理学の不思議に触れられます。

大切なのは、難しい法則を暗記することではありません。

「本当かな？」

と思ったときに、まず自分で試してみることです。

予想する。
実験する。
結果を観察する。
分からないことを調べる。

その小さな繰り返しが、子どもの好奇心を探究する力へ変えていくのだと思います。

次にパスタを作るときは、調理する前の一本を手に取り、

「これを二つだけに折れるかな？」

と親子で予想してみてはいかがでしょうか。

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