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2008年7月12日

色鉛筆:完結編~色鉛筆はなぜ丸いのか

最後に残ったナゾ。


丸と六角では、ぶつかったときの衝撃に差があるのか?


鉛筆の端を持って、机に軽く打ち付けてみよう。

コンコン

その時手に感じる振動が鉛筆内を伝わる「衝撃」だ。


この衝撃がどれくらいの大きさなのか。
丸と六角で差があるのか。

六角と言っても角は丸く削られている。その丸さは大体鉛筆の芯くらい。
つまり直径2mmの棒を打ち付けているのと同じということだ。


鉛筆がコンコン机に打ち付けられるときに、鉛筆(=芯)にかかる加速度はどれくらいだろうか。

人間が耐えられる最大加速度は9G。スペースシャトルで4G。

誰もちゃんと計測したヒトはいないと思うが、おそらく数十Gに達する。


加速度の簡単な計算だが

加速度=速度変化÷接触時間
1G=9.8m/s2

なので、鉛筆の速度が秒速1m、机との接触時間が0.01秒とするとなんと20G!である


で、問題はこの「衝撃」である。

丸(直径7mm)と六角(=直径2mmの丸から全体へ)で衝撃の伝わり方はどう違うのか?


すぐ分かるのは机との接触面積が何倍か違うだろう、ということ。

これが3倍違えば、机にぶつかったときに掛かる面積当たりの力(つまり圧力)は3倍違うことになる。


六角では、この3倍の力(=3倍の変形や歪み)が、秒速1km以上の速度で伝わっていく・・・



イメージできるだろうか?

机に軽く叩き付けた鉛筆。

その角は机とぶつかり変形し、局所的に大きな力を発生する。

鉛筆全体を20Gで加速するような力が、木軸全体に瞬時に伝わっていく。

時速数千キロの衝撃波となって・・・



芯を破壊するのはこういった衝撃波なのだろう。

その衝撃波の力が、角と丸では数倍違う。




だから、色鉛筆は、丸。


おしまい。

2008年7月10日

色鉛筆:おまけ~:三角四角五角・・・

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調べるといろいろあるもので

そもそも、鉛筆も六角とは限らない。

丸:一杯ある。主に、キャラクターもの。これはおそらく印刷に便利なため

三角:低学年の持ち方練習のため

四角:電車!

五角:合格!


色鉛筆だと、赤と黒を組み合わせたもの
(赤と青ではない)
これが斬新なのは、
・黒7:赤3 の長さ(使用頻度から)
・黒も直径3mm(製造上の問題から)

難しかったのは、黒を3mmに太くすることだったとか。
http://www.assiston.co.jp/?item=1169


おまけ情報、以上。

色鉛筆:解答編②

そう、衝撃の話である。


内部の芯を衝撃から守るのに、なぜ六角より丸の方が優れているのだろうか。

保護材の厚み、で考えたとき
・円だと常に2.35mmくらい
・六角だと最大2.50mm、最小2.06mmくらい
となる。

1割ほどの差であり、これで大きな違いになるとは思えない。


では、何か?

それは角の存在である。


衝撃とは、つまり、相手にぶつかったときの「反発の加速度」

角があると・・・



(まだ途中、また後ほど)

2008年7月 9日

色鉛筆:解答編①

大体みんなが書いたとおり。

A. もともとは・・・
・鉛筆の起源は16世紀末、黒鉛を切り出した四角い棒
・黒鉛が不足したので粘土を混ぜて焼いて堅くして木軸で覆った
・最初は芯が四角で木軸は八角
・19世紀に芯が丸くなり・・・
・因みに鉛筆の芯は焼き固めて合って堅く、色鉛筆は乾燥だけなので柔らかい


さて本題。

B. 使うヒトにとって
・六角:筆記用には断面は3の倍数が指にフィットする。故に三角か六角がよい
・丸:描画用には少しずつ芯の角度を変えられる丸がよい。描画時には書くより塗る時間がほとんど(6~7割)だから


C:作るヒトにとって
・六角より丸の方が木くずが多いのは事実だが、標準の規格鉛筆を作る場合には、六角も丸も、原料の板は同じサイズ。つまり、コストは同じ


D:使うヒトにとって(続)
・六角:転がりにくく、机から落ちにくい(から芯が折れない)
・丸:転がりやすいが、丸芯からの距離が均等で、芯が折れにくい


さて、ここで問題は、芯の折れやすさの話。
現代では色鉛筆の芯は十分丈夫との話もあるが(三菱鉛筆)、やっぱり描画用に柔らかく作ってあるのだから柔らかく折れやすい(トンボ鉛筆)との話もある。

ここでは、柔らかく折れやすい、を前提に話を進める。



問題は、

「なんで丸軸の方が折れにくいの?」

ということ。


・丸だと衝撃が分散される
とか
・丸だと芯からの距離が均等で保護になる
とか
あるけれど、何がホントなんだろう。


その前に、そもそも何で、芯は折れるのだろう。

1. 落下・衝突の衝撃
2. たわみやしなりによる応力
3. ひねりによる歪力

が考えられる。


2.だと面白いことが一つ。それが「芯の太さ」だ。

鉛筆の芯はだいたい直径2mm。色鉛筆は3mmで、太いものだと5mm~6mm。


実は「細いモノは折れにくく、太いモノは折れやすい」のだ。


正確に言うと、色鉛筆の芯が太いのは、弱いからこそ強くするため、ではある。太い方が芯先だけを見れば、折れにくい。
でも、鉛筆全体をしならせるときには、細い芯の方が折れにくい。

細いパスタと太いパスタで実験してみましょう~

同じだけの角度を曲げるとき、どちらが折れやすいか?

応力はだいたいその太さに比例するので、曲げたときには色鉛筆の芯の方が、1.5倍以上の力を受けることになる。


1. だとそれほど簡単じゃない。
落下の衝撃を、吸収するってなんだろう?
丸だとそんなにいいのか?


この続きはまた明日。

2008年7月 4日

マインドセットでの未解決問題:色鉛筆はなぜ丸い?

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先日のマインドセットでの中一授業

実は最後のQ&Aで、私が答えられなかった問題が1つ


それは

「なぜ色鉛筆は円柱か」


もともと円柱で、それが六角形になったのは知っていたが、なぜ色鉛筆だけ円柱のママ残ったのかは、気が付かなかった。


みなさん、分かりますか?

解答は、明日。





ヒント:鉛筆の本質は何か!
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