ボトルキャップは手動で操作することなく自動的に締めることができます。この背後にある原理は何ですか?

インターネットで調べていたところ、自動的に回転する蓋が付いた「魔法のジャム」を紹介する興味深い短いビデオを見つけました。

ジャム瓶の蓋は実際に自動的に閉まるのでしょうか? |くっつー

このジャムは日本のブランド「アヲハタ」のものです。ボトルのデザインもとても特別だと言われています。蓋をボトルの口にそっと置くだけで、ボトルキャップが自動的に回転して締まるので、手動でボトルキャップを締める必要はありません。

この不思議な現象は、さまざまなソーシャルプラットフォームで大きな注目を集めています。

自動スクリューキャップは本当にスムーズですか？その背後にある原理は何ですか?私はこのジャム瓶を手に入れて自分で検証してみることにしました。

自動キャッピングは効果が実証されています

実際のテストでは、インターネットで言及されているジャムボトルでは、蓋が自動的に回転する現象が頻繁に発生することがわかりました。

ボトルのキャップをボトルの口にそっと置くだけで、キャップが自動的に下向きに回転する可能性が高くなります。ただし、この現象は必ずしも置くたびに発生するわけではなく、自動回転では実際には蓋を完全に締めることはできません。

ボトルキャップをボトル口に当てておけば、キャップが自動的に回転する可能性が高いです。 |著者撮影

同時に、対照群として、キャップが自動的に下向きに回転しない、同様のガラス製缶瓶 4 つも見つけました。これは少なくとも、ガラス製の缶詰瓶の蓋の自動回転が一般的な現象ではないことを示しています。

対照群として使用されるガラス製の缶詰瓶 |著者撮影

賢いデザインではない

セルフスクリューキャップ付きのボトルは便利そうに思えるかもしれませんが、実際はそうではありません。

2022年、日本のウェブサイト「まいどなニュース」がこの現象を報じ、ジャムメーカーにインタビューした。相手側は、蓋の自動回転は「意図的な設計上の特徴ではない」と明言しており、なぜこのような現象が発生するのかわからないとしている。メーカーは消費者に対し、開封したジャムは手でボトルを締め、冷蔵庫に保管することを推奨しています。

メーカー: 何も知らない | まいどなニュース

実際の経験から、ジャムの蓋の自動回転はあまり便利ではないことも感じられます。自動回転だけではボトルキャップを完全に締めて密閉することができず、ジャムの保存には役立ちません。ボトルキャップを手で持つと、完全に締められていないボトル本体が滑り落ちる可能性があり、ボトルキャップを全く締めていない場合よりもガラス瓶が割れる可能性が高くなります。

このことから、ボトルキャップの自動回転は単なる偶然の現象であることがわかります。興味深いですが、実用的な価値はありません。

原理は何ですか？

では、この現象の背後にある原理は何でしょうか?答えは実はボトルのネジ山にあります。

観察により、自動スクリューキャップ付きジャム瓶と対照群の最大の違いはねじの傾斜角度であることがわかります。前者は傾斜角度が大きく、後者はより緩やかです。ボトルキャップの自動回転は、ボトル口のネジの傾斜角度が大きいことによって発生します。

自動でひねって開けるジャム瓶 (左) と、同じ直径のコントロール瓶 (右) の比較。前者はボトルの口に6本のネジがあり、より急勾配に見えます。後者はボトルの口に4本のネジがあり、見た目がより穏やかです。 |著者撮影

より正確に言うと、自動ツイストオフジャム瓶のねじ山は、傾斜の異なる 3 つのセクションで構成されているようです。大まかに測定したところ、ねじ山の頭と尾の傾斜角度はともに 10 度以上であるのに対し、中間部分の傾斜は比較的緩やかで、傾斜角度は約 6.5 度であることがわかりました。

自動でねじって外すジャム瓶の口のねじ山は、傾斜の異なる 3 つのセクションで構成されているようです。 |著者撮影

対照群のボトルのねじ山は全体的に比較的平らに見え、各部分の傾斜角度に大きな違いはありませんでした。ねじの傾斜角度は一般的に5°～6°程度です。

スライダーランプの問題

このプロセスは、物理学の問題でよく見られるランプスライダーを使用して理解できます。ボトルキャップの「自動回転」とは、本質的には、ボトルキャップが重力の作用による摩擦を克服し、ねじ山によって形成された「傾斜」に沿って滑り落ちるプロセスです。

ボトルキャップの下向きの回転は、大まかに言えば斜面を滑り落ちるような感じになります。 |ウィキペディア

斜面上の物体は滑り落ちることもあれば、そのままの位置に留まることもあります。この違いを生む主な要因は、摩擦係数と傾斜の角度です。傾斜角度を大きくすると、傾斜方向の重力成分が増加し、同時に傾斜上の物体によって加えられる圧力が減少し、達成できる静止摩擦の最大値が減少します。角度が一定のレベルに達すると、摩擦は下向きの力を相殺するのに十分ではなくなり、ボトルキャップは自然に滑り落ちて回転します。

アヲハタのジャム瓶の「自動キャップ」現象は、キャップを閉めるたびに発生するわけではありません。これは、ボトル口のネジの 3 段階の傾斜に関係しているはずです。傾斜が急な先頭部と後尾部では、傾斜角度が臨界値を超え、ボトルキャップが滑り落ちる可能性があります。一方、ねじ山の中央部分の傾斜は比較的緩やかであるため、ボトルキャップが自力でスライドするには不十分な場合があります。

ジャム瓶のキャップがねじ山の斜面に接触する場所は、キャップの下側にある小さな突起です（下の写真参照）。これらの隆起の位置をマークし、それをスレッド上のさまざまな位置に配置して確認しました。

ボトルキャップの下の小さな突起は、ボトルキャップとねじ山の斜面との接触点です。 |著者撮影

予想通り、接触点をネジ山の最も急な傾斜部分に配置すると、キャップが自動的に滑り落ちやすくなりました。

著者撮影

接触点を中央の緩やかな傾斜に置けば、ボトルキャップは滑らずに所定の位置に留まります。

著者撮影

この時点で、ジャム瓶の自動ツイストオフキャップの謎は解明されました。これはあまり役に立ちませんが、物理学の知識を復習するのに役立つので、感謝することができます。

参考文献

[1] https://maidonanews.jp/article/14570579

[2] https://www.youtube.com/shorts/s_1C6pIW4zc

[3] https://thesmartlocal.jp/self-クロージング-jam-jars/

企画・制作