意識高い系中島diary

都内在住。意識高い系大学生の見聞録。Twitter ID @Nakajima_IT_bot

フィギュアスケートでスピンが速くなる物理的な理由

 

平昌オリンピックが連日話題になっています。

中でも冬季オリンピックの目玉といえば”フィギュアスケート”

羽生結弦選手、宮原知子選手をはじめ、日本人選手のメダル獲得が期待されています。

 

さてそんなスケートの華麗な技の一つ”スピン”

 

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動画にあるように最初はゆっくりとした回転ですがそこからグーンっとスピードを上げ、ものすごい速さで回転しています。

 

今回はスピンが速くなる物理的な理由を簡単に説明します。

 

スピンの速さの鍵を握るのはこちらの角運動量というものです。

(今回も手書きで失礼します)

 

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Lが角運動量、Iが慣性モーメント、wが角速度を表します。wは簡単にいえば回転の速さです。wが大きいほど、回転が速いということになります。

 

そしてIの慣性モーメント。なんじゃそりゃともう人が多いと思いますが、色々あって結局慣性モーメントはこんな感じになります。

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なのでさっきの式とまとめると、こんな感じになります。

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つまり角運動量は質量mと半径rの二乗と角速度の掛け算で表せるってわけです。

 

そして私たちが生きるこの世界では角運動量が一定に保たれるという角運動量保存則というものが成り立ちます。

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つまり角運動量Lが一定に保たれるってことです。

 

ということは、回転半径rが小さくなると、Lを一定に保つためにwの角速度が大きくなり、回転が速くなります。そして反対に回転半径が大きくなると、角速度が小さくなるってわけです。

 

 

改めて先ほどのスピンの動画を見ると、腕や足を縮めて回転半径を小さくするとスピンが速くなるのがわかると思います。

 

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スピンの秘密は角運動量保存則だったんですね。

(ちなみにmの質量は一定なので関係ありません。スピン中に選手の体重が激減したら別ですが。)

 

この物理現象を簡単に体験する方法がいくつかあります。

まず手元のひも状のものを用意してくるくる回してみてください。カウボーイみたいに。

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そしてひもを引っ張って回転半径を小さくすると... 回転が速くなります。

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これも先ほどと同様角運動量保存則です。

 

 

 

もう一つ簡単な方法があります。

 

家にある回転する椅子に座って足を伸ばして回ってみてください。

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そして足を曲げると...

 

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回転が速くなります。もうお分かりですよね。回転半径が小さくなった分、角速度が大きくなったわけです。

 

それと注意点なんですけど、回るときは十分広い部屋でやってみてください。僕は狭い部屋で思いっきり回ったところ机の角に小指を強打し実験中止となりました。いい歳した大学生が自分の部屋で怪我するってなかなかかっこ悪いので気をつけてください。

 

ちなみに角運動量は質量mと半径rの二乗と角速度の積だと説明しました。

つまり半径が2分の1になるとrの二乗が2分の1かける2分の1で元の4分の1になり、それを相殺するために角速度は4倍になります。つまり回転半径が半分になると回転速度が4倍になるってわけです。

だから腕を縮めるだけでもかなり回転スピードをあげることができるんですね。

 

今回は角運動量保存則を使ってスピンの物理を簡単に説明しました。

 

他にもオリンピックにまつわる物理がたくさんあるのでまた機会があれば紹介しようと思います。