ライオンとの綱引きは力ではなく摩擦が勝負

サンアントニオ動物園ではライオンと戦えるらしい。まあ、そういう戦い方じゃなくて、綱引きみたいなもの。太いロープが穴に通されている。ロープの片方にはライオンの赤ちゃんがいて、もう片方にはWWEのプロレスラーが3人いる。どっちが勝つ？まあ、レスラーが勝つわけじゃないんだけどね。でも、ここには物理的な法則が働いているんだ。

すべては摩擦によるものだ

典型的な綱引きは、力ではなく摩擦が勝負です。滑らないようにするだけの摩擦がなければ、どれだけ力が強くても意味がありません。お見せしましょう。こちらは2人が綱引きをしている時の力の図です。

ロープを引く人（引っ張る人）には、基本的に4つの力が作用します。まず、地面からの上向きの力と釣り合う下向きの重力があります。人がロープを引くので、ロープは人を反対方向に引っ張ります（これは力の両端性によるものです）。最後に、人と地面の間には摩擦力が作用します。誰も「勝者」でない場合、これらの力はすべてゼロになり、人は静止したままです。勝つ方向へ動き出すには、摩擦力がロープからの力よりも大きくなければなりません。

力のこの「両端性」の性質は、力が対になって存在し、二つの物体間の相互作用であることを意味します。左側の人がどれだけ強くロープを引こうとも、同じロープが左側の人を引っ張ります。つまり、もしあなたが引く力を1,000ニュートンに増やしたとしたら、同じロープが両方の人を引っ張ります。つまり、鍵となるのは水平方向に作用するもう一つの力、つまり摩擦です。

最大摩擦力は2つの要素に依存します。1つは、相互作用する表面の種類（靴のゴムとコンクリートの床の摩擦など）によって決まり、表面によっては摩擦が他の表面よりも大きいという性質があります。綱引きでは、この部分を変えることはできません。摩擦力は法線力にも依存します。法線力とは、2つの表面を押し合わせる力です。上記の単純な綱引きの場合、地面は人の重力に等しい力で押し上げます。つまり、体重の重い人の方が、綱引きに勝つためにより大きな摩擦力が働くということです。

ああ、人間とライオンの綱引きでは、人間とライオンは地面が違うことに注意しましょう。どちらが有利でしょうか？おそらくライオンでしょう。ライオンは地面が凸凹しているので、単なる滑り摩擦以上のものを利用できるからです。

つまり、それは質量に関することだ

2人の競技者が同じ地面に同じ摩擦材を使って立っている場合、質量は重要です。左側の人が右側の人の半分の質量であれば、摩擦力も半分になります。つまり、重い人を倒すのはかなり難しいということです。

ライオンはどうでしょうか？これは若いライオンのようですが、体重は約120kg（最大182kg）あるかもしれません。典型的な大柄な人間のレスラーは、体重が90～100kgくらいでしょう。人間3人なら、メスのライオン1頭よりも体重は大きいでしょう。おそらく。体重的には人間の方が有利でしょう。

ロープの摩擦についても

ちょっと待って！これは普通の綱引きじゃない。ロープがまっすぐじゃない。気づいた？これが大きな違いを生むんだ。別の摩擦力が加わる可能性があるからね。ロープがガラスを通過するところを上から見た図で、これがどのように機能するかを説明しよう。

あの小さな黄色い点はロープの一部です。ロープが静止している場合、この部分にかかる力の合計はゼロになるはずです（横に引いてあります）。そして、ここがポイントです。人間の引っ張り力とライオンの引っ張り力は逆方向ではありません。この二つの力がゼロになることはあり得ません。壁もロープを押している必要があります（図では上向きと右向き）。この壁からの力は垂直抗力です。そうです、摩擦を生み出すのと同じ種類の垂直抗力です。

ロープには垂直抗力が作用しているので、摩擦力も作用する可能性があります。もちろん、これはロープが滑らかな鋼板に擦れているため、通常は大きな摩擦力にはならないかもしれません。しかし、大きな垂直抗力がかかると、摩擦力も大きくなります。

しかし、摩擦力はどちらに作用するのでしょうか？もし摩擦に感情があったら（実際には感情はなく、単なる力です）、摩擦は平静を保とうとするでしょう。摩擦は、二つの表面が滑るのを防ぐ方向に作用します。人間がライオンよりも強く引っ張れば、ライオンは摩擦の恩恵を受け、ロープが人間の方へ滑るのを防ぎます。しかし、ライオンが強く引っ張れば、摩擦力は逆になります。

では、摩擦によって有利になるのは誰でしょうか？有利になるのは敗者（おそらくライオン）です。

人間とライオンの真に公平な戦いを望むなら、真っ直ぐなロープを使うべきです。ライオンにテニスシューズを履かせて、セメントの上で戦わせるのが一番でしょう。

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