衝撃吸収材を地面に敷いて、そこに飛び降りたらどうなる？

Question

衝撃吸収材ってありますよね。アルファゲルとか。
スポーツシューズの材料に使われてたりします。
よく実験映像で、
「地面に敷いた衝撃吸収材に向けて数十メートル上から生卵を落としてもヒビひとつ入らない」
なんてのをやってたりします。

ふと思ったのですが、あれを地面にもっと広く敷いて、そこ目掛けて人間が飛び降りたらどうなるのでしょうか？
衝撃を吸収してくれるのだから、怪我ひとつしないのでは？
もっと応用すれば、自動車のバンパーに貼っておけば歩行者をはねても怪我しないかも。（吹っ飛ばされてアスファルトの地面にたたきつけられたら、その分は怪我するでしょうけど）

さらには旅客機の乗客用に「衝撃吸収材で作られた救命全身タイツ」を用意しておけば、上空でトラブルがあっても、それを着て飛び降りれば助かるかも。

実用化したらすごいですね。
で、実際のところ、衝撃吸収材の向かって人間が飛び降りたらどうなるのでしょうか？
だれか実験した方、居ませんか？

ご回答よろしくお願いします。

SortaNerd · Accepted Answer

まず衝撃吸収材の働きは何か。
飛び降りて地面(あるいは衝撃吸収材)に当たる直前までの運動は衝撃吸収材の有無にかかわらず同じです。
また、最終的に地面の上で静止することも変わりません。
違いは、衝撃吸収材がない時には運動が急激に止まり、衝撃吸収材があるときには運動が緩やかに止まることです。すなわち、衝撃吸収材があると運動を止める加速度が小さくなります。

ここで、加速度が最も小さくなるのは、衝撃吸収材の上面に触れた瞬間から下面に達するまで等加速度で減速する場合です。
これを計算してみます。
まず人間の落下速度はどんなに高い所から落ちても200km/hを超えません。上空でトラブルの例を考えるとしてこの値を使います。
人間の耐えられる最大の加速度は、
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8A%A0%E9%80%9F%E5%BA%A6%E3%81%AE%E6%AF%94%E8%BC%83
によれば453m/s^2(46.2G)とのことです。これは訓練を積んだ人間のことだと思いますが、考えられる最大値としてこれを使います。
200km/hで落ちてきて453m/s^2の加速度で減速して静止するまでの移動距離を計算すると、3.4mという値が出ました。
つまり、最も楽観的に考えた場合でも、上空から落ちても耐えられる衝撃吸収材の厚さは3.4メートルにもなります。とてもタイツといえる代物ではありません。

genso-cake · Answer

衝撃吸収材では変形することが重要と考えられます。
変形することで、圧力を分散し、加速度を和らげます。

ただし、この変形の度合いが重要で、変形しすぎてもダメです。
もし、過度に変形しやすいと、力が吸収できません(受け止められない)

このことを考えると、衝撃吸収材では、人は受け止められないという結論になります。
というのは、落ちてくる人間は速すぎるのです。

アルファゲルに力を加えても、すぐには変形しません。
変形が遅いということは、圧力が1点にかかりやすく、
加速度も地面に落ちたときとほぼ変わらなくなります。

もう少し粘度をさげてみましょう。水がいい例です。
しかし、これでも落下速度がはやいと変形に時間がかかりすぎます。
水がコンクリートみたいになるっていいませんか？

さらに粘度をさげて、空気にしてみましょう。
今度は、落下を止める力がなくなります。

このように固体(ゲル)、液体(水)、気体(空気)でも、
落下する物体を止めるには不十分とわかります。

maccha_neko · Answer

アクション映画などでビルから飛び降りるシーンの撮影で大きな風船というのかエアマットみたいなものの上に落ちてますよね？
あれと同じようなものでしょう。ただ，落ちたときに凹みはありますから足からとか頭からではなく、やはりアクション映画よろしく背中の全面で衝撃を受けるようにしたほうが良いと思いますが。

vaidurya · Answer

卵って、非常に丈夫ということを忘れないでください。

卵の殻は内側からの力で簡単に穴が開く半面
外側からの圧力には、かなりの強度を持っています。

それに対して人の体は、関節を多数持ち
そこには靭帯や軟骨などの弱点があります。

仮に足からαゲルの上に落ちたとして
かかとの粉砕骨折は免れるかもしれません。
しかし、股関節や腰椎、頚椎へのダメージ
内蔵へのダメージはαゲルで単純に消せるものではありません。

衝撃を受け止めるということは、作用反作用で考えるわけです。
落下して足が止まれば、足と胴体がぶつかり、胴体と頭がぶつかる。
もっと小さな部分部分での荷重が、すべて各所で処置される必要があります。

自動車でさえ、バンパーが一時的に衝撃を吸収するだけでなく
シャーシの連続的な折り紙的な屈曲や
エンジンブロックを下部に落とすといった手法で
運転席へのダメージを軽減するようになっているんです。

航空機の事故については、膝を抱えて頭を下げた姿勢が
胴体着陸の際の姿勢として知られていますね。
これは、関節への負担を自身の肉で緩衝する意味もあるのだと思います。

まぁ、マンガみたいに、落ちてきた人を
人が受け止めさえすれば大事に至らないなんてのは…
やはりマンガとしてのメタルールですよ。

そういうのを見て育つと、子供を抱いて助手席に乗って
何が危ないのかもわからなくなるのかもしれません。

Feb12 · Answer

計算で十分ですから、実験するまでもありません。
αゲルの厚みと高さで加速度計算するだけです。
飛び降りる場合、頭から落ちる場合なんかは少し差がありますが、足から着地するならほぼ同じです。

衝撃吸収材を地面に敷いて、そこに飛び降りたらどうなる？

まず衝撃吸収材の働きは何か。

衝撃吸収材では変形することが重要と考えられます。

アクション映画などでビルから飛び降りるシーンの撮影で大きな風船というのかエアマットみたいなものの上に落ちてますよね？

卵って、非常に丈夫ということを忘れないでください。

計算で十分ですから、実験するまでもありません。

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