人生において、どんな種類の紙があなたの手を切る可能性が最も高いでしょうか?結果は予想外だった

本をめくったり書類を整理したりしているときに、突然指に鋭い痛みを感じることがあります。それは一見無害な紙切れによる小さな切り傷です。この一見普通の出来事の裏には、科学的な疑問が隠されています。なぜ薄い紙は意図せずに皮膚を切ることがよくあるのに、わざと切ると痕跡さえ残らないことがあるのでしょうか?

デンマーク工科大学の物理学者数名は、この一見普通の現象が実は科学界で研究されていないことに驚きました。彼らはさらに調査することにしました。どのような紙が、どのような方法で私たちの指の目に見えない暗殺者になることができるのでしょうか?そしてその答えはあなたを驚かせるかもしれません。

どのような紙が指の目に見えない暗殺者になるのでしょうか?

「最も鋭いナイフ」

科学者たちは、ティッシュ、雑誌、本のページ、プリンター用紙、写真、名刺（厚さは30ミクロンから220ミクロン）など、さまざまな材質と厚さの紙製品を見つけ、それらを使って一連の切断テストを実施しました。誰も自分の指を寄付する意思がなかったため、実験で使用された「指」は実際には弾道ゼラチンで作られた模型でした。これは、人間や動物の筋肉組織をシミュレートするために特別に設計された素材です。

研究者たちは、細長く切った紙片を特別な実験装置に固定し、「模擬指」の表面を切断し、その全過程をカメラで記録した。実験に加えて、数学モデルを使用して計算と検証も行いました。

実験を通じて、同じ切断角度でも紙が非常に厚い場合、切断中にゼラチンは沈むだけで、ゼラチンをうまく切断できないことがわかりました。他の条件はそのままで、より薄い紙を使用すると、ゼラチンを切断できます。これは、紙が薄いほど切れ味が良くなるが、紙が薄いほど必ずしも優れているわけではないことを示しています。なぜなら、より薄い紙に変えたら、紙がゼラチンを切れなくなっただけでなく、紙自体が曲がってしまったからです。さらに、さまざまな切断角度で紙がゼラチンフィンガーをどれだけ簡単に切断できるかをテストしました。結果は、切断中に紙とゼラチン表面の間の角度が小さいほど、穴を切りやすくなることを示しました。

言い換えれば、紙が皮膚を切り裂くことができるかどうかは、実際には、応力が増加する過程で紙と皮膚のどちらが先に耐荷重限界に達するかによって決まります。先に皮膚の限界まで達すれば、皮膚をうまく切ることができます。先に紙の支持限界に達すると、紙が折れてしまいます。紙が薄いほど鋭くなりますが、紙が折れてしまう可能性も高くなります。紙片が皮膚に最大限のストレスをかけることができる場合、皮膚を切るには十分だが皮膚が曲がるほどではないため、この厚さの紙は指を傷つける可能性が最も高くなります。

では、どの厚さの紙が最も鮮明なのでしょうか?

多くの実験の結果、厚さ 65 ミクロンの紙が最も切り傷を起こしやすいことがわかりました。紙が薄すぎたり厚すぎたりする場合、指を切る危険性は比較的小さくなります。これは、前者は力が加わると形状を維持するのが難しく、後者は指との接触面積が十分に大きいため、指の皮膚を圧迫して変形させるだけで、指を切ることはないためです。また、複数の研究者は、現実世界では厚さ 65 ミクロンの紙が指を切る確率は 21% であると計算しています。言い換えれば、めくっている紙の厚さがちょうど 65 ミクロンの場合、平均してこの種の紙は指の上を 5 回通過するごとに 1 回指を切ることになります。なんて危険だ！

紙の切れ味は、紙の「形状」、つまり厚さと密接に関係しているだけでなく、「紙の姿勢」、つまり加えられる力の角度とも大きく関係しています。紙の端を垂直に押し下げるだけで、行儀の良いペットのようになり、害を及ぼすことはありません。しかし、紙をほぼ水平の角度で踊らせると、鋭いテーブルナイフや指と同じくらい簡単にステーキを切り裂くことができます。科学者たちは実験を通じて、紙の切断方向と水平面の間の角度が25°より大きい場合、紙の厚さに関係なく、模擬指は切断されないことを発見しました。したがって、次に紙を手に取るときは、方向を制御し、不必要な「剣劇」を避けることを忘れないでください。

「最も危険な論文」

論理的に言えば、この情報は人々が紙によって引き起こされる危害を軽減するのに十分ですが、科学者の想像力はそこで止まりませんでした。では、私たちの生活の中で「最も危険な紙」とは何でしょうか?

実際のところ、多くのドットマトリックス プリンタで使用される紙の厚さは、ちょうど 65 ミクロンです。また、多くの新聞の厚さは似ています。ただし、一般的なA4印刷用紙の厚さは100ミクロン程度なので、指を傷つける能力は若干低くなります。

科学研究者である彼らは、2つの主要な学術雑誌である「サイエンス」（55ミクロン）と「ネイチャー」（49ミクロン）の厚さがどちらも65ミクロンに近く、非常に危険であるとも具体的に指摘しました。したがって、私たちは、科学の最先端を追求する一方で、自分の指にも気を配り、知識が「指先から優しく流れるように」しなければならないことを、多くの科学研究者に思い出してもらいたいと思います。

論文執筆の3つの成果（画像出典：オリジナル論文）

紙は指を切る可能性があるので、より良いことに使ってみませんか?物を切るのに使えますか？研究者たちはこのことを考え、3Dプリンターを使ってナイフホルダーと「ペーパーナイフ」を作った。この「ペーパーナイフ」の刃も3Dプリントで作られており、刃には最も鋭い65ミクロンの厚さの印刷用紙が使用されています。研究者らによると、切断技術が適切に制御されていれば、リンゴ、キュウリ、ピーマン、さらには鶏肉など、さまざまな野菜の材料を簡単に切断できるという。

現在、当該結果は論文としてまとめられ、Physical Review E誌に掲載されています。ご興味のある方はぜひお読みください。 3Dプリントデータもアップロードされており、ご自身でダウンロード可能です。研究者が共有する印刷ファイルを使えば、誰でもこの「奇妙なナイフ」を作り、その威力を自分で試すことができる。もちろん、これは決して耐久性のあるナイフではありません。紙の刃が濡れると、完全に削れてしまい、交換しなければなりません。それでも、小さな科学実験を行うことに忍耐を失わないでください。それによって新たな地平が開けるかもしれません。