重さについて4

何回もすいません。少し具体的な例えで再度質問させてもらいます。
車のタイヤに足を踏まれるとします。ひとつはふつうのタイヤ。
もう一つはタイヤホイルのみ。このとき踏まれる足にかかる力(重さ)は全く同じなのですか？
車は同じ重量としてホイルのみの方はホイルの大きさはタイヤと同じとして、足にかかる設置面積は両方同じものとして考えたとして。
自分的にはふつうのタイヤ(空気入ってる)のほうが力がかからない(空気により力が和らぐ？減少？吸収？)ような気がしてしまうのですが・・・
現実ばなれした質問ですいませんが教えてください。

No.6 回答者： uen_sap 回答日時： 2013/08/06 06:02

力学の基礎をやり直す必要がありますね。

タイヤと空気の重量を無視すると、重量は同じ・・・力は同じ。
足がどちらが痛いか、と言うと、空気の媒介があった方が痛くない。

あなたの言っている和らぐとは、この足の受ける痛感の差のことです。

No.5 回答者： foomufoomu 回答日時： 2013/08/06 01:06

このひとの「重さについて」シリーズの最初の質問をみるとわかりますが、「タイヤに空気を入れると車が軽くなる」と思い込んでいて、何とかして、それに同意してくれる人を探しているようです。

タイヤに空気を入れてあると、ぺちゃんこタイヤと比べて、足を踏まれた時の痛さが減るのは、間違いないでしょう。（試す気にはなれませんが）
しかし、それは、車の重さが減るからではなくて。。。簡単に言ってしまえば、タイヤがほどよい柔らかさになるからです。

＞足にかかる設置面積は両方同じものとして考えたとして。
この条件を満たすには、空気入りタイヤで足をふむ場合も、ホイルで足を踏む場合も、足の上に同じ大きさのブロックを置いて、その上をゆっくり（ホイルがカチンとぶつからないように）ふめばよいです。
どちらも同じ痛さになるはずです。

No.4 回答者： okormazd 回答日時： 2013/08/05 23:44

「足にかかる設置面積は両方同じもの」

↓
「足とタイヤまたはホイールとの接触面積が同じで、接触形状も同じ」なら、足にかかる力(圧力)は両方同じです。
「タイヤ(空気入ってる)のほうが力がかからない(空気により力が和らぐ？減少？吸収？)」なんてことはありません。

実際は、金属でできたホイールは変形しにくく、足とは部分的な接触となって、接触面積が小さくなり、大きな圧力がかかります。
タイヤは変形しやすく足の形に添うように変形して、接触面積が大きくなり、圧力は小さくなります。空気は直接の関係ありません。空気はなくても、変形しやすい材料でできたタイヤなら、同じことです。

力と圧力を混同しているとしか思えません。この場合、力は車の重量です。圧力はこの重量をタイヤまたはホイールと足の接触面積で割ったものです。接触面積が大きいほうが小さい。

実際にはありえないこと「足にかかる設置面積は両方同じ」を仮定して議論するので、実際の感覚・体験とずれてしまうのです。

No.3 回答者： premacy2007 回答日時： 2013/08/05 23:20

回答者No.1です。

2度もすみません。
「足にかかる設置面積は両方同じものとして考えたとして」
というのを見逃していました。

CAEや実際の面圧測定をしてみますと、硬いものほど面圧が分散せずに、接地面の外周部に応力が集中します（四角だったら外周４辺に荷重が集中する…つまり足が痛い）。
逆に「空気で緩和される」という感覚は面圧測定結果と合っていて、接地面に均一に荷重がかかります。

No.2 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2013/08/05 23:08

前にも説明しましたが、車を分解したものと組み立てたものを天秤に載せます。

＼タイヤ　チューブ　ホイル　車体／　　＼組み立てた車／
　 ￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣￣　　　　￣￣￣￣￣
　　　　　　　　　　　　└──────┬─────┘
ここで、同じ重さのものを引くと
＼チューブ／　　＼チューブ／
　 ￣￣￣　　　　￣￣￣￣￣
　　　└───┬───┘
ここまでは良いですね。じゃあ、一方に空気を入れてみましょう。

チューブの中に空気があろうと外にあろうと、空気に圧力をかけずに空気をいれてもこの天秤はつりあったままです。
　チューブが膨らんだ分と同じだけ大気から浮力を受けるからです。
　チューブではなく、変形しない硬い箱を考えます。ひとつには穴が開いています。内外の圧力が同じなら、穴をふさいでも重さが変わるわけじゃありません。

　ここで、穴を塞いでそれ以上空気を入れると体積は変わらずに空気の量だけ増えますから、その追加した空気分だけ重くなります。
　圧力が高いということは、中の気体の単位体積あたりの重さが重くなる。

　カメラ屋等に行って、フロンガスのダスターを買って来ておもちゃ屋でゴム風船を買ってきます。風船にフロンガスを入れて、空気を入れて同じ大きさまで膨らまします。これは、重い気体を入れた状態を表しています。ふたつの風船の重さは違います。

＞足にかかる設置面積は両方同じもの
　足にかかる設置面積・形状が同じなら、重いほうが辛い(^^)

　風船をふたつ買って来て、意図でつるした棒の両端に糸とセロテープでぶら下げます。
　そして一方に空気を入れてみましょう。空気注ぎで入れたほうが良いです。吐息には水蒸気(H₂O-分子量18--空気の平均分子量より軽い)が含まれているからね。
　空気を入れたほうが重くなります。(風船は圧力がかかるため外にある空気より重い)



　
　

No.1 回答者： premacy2007 回答日時： 2013/08/05 21:20

作用・反作用の法則ですから荷重はホイールのみでも空気の入ったタイヤを介しても同じです。

ただ圧力が違います。

ホイールだと圧力が高くなると思います。
（小さい面積で局所的に荷重がかかる）
空気の入ったタイヤですと、足の甲にまんべんなく荷重がかかる…分散される。

質問者さんのこれまでの質問（疑問）を見る限り、「圧力」という概念が欠けているのだと思います。
圧力＝荷重÷面積。