Trivia 海に関する雑学コーナー

マリン関係の現象をちょっと理論的に説明するこのコーナー!
雑学や暇を持て余してる人には結構いいかな?!
もしさっぱりわかんねぇって方はメール下さい。
なんとかがんばって説明します。

「シーバスフィッシング?」追加 04/02/29
「タイタニック号って何?」追加 04/01/25
「タイタニック号はなぜ壊れた?」追加 04/01/25
「FRPの破壊」追加 03/03/22
「FRPの強度」追加 03/03/10
「FRPってなに?」追加 03/03/09

船はなぜ浮くのか?
世の中、手で持てるようなボートから建物?と思うような船舶まで様々な船があります。
特にタイタニックのような大型船は鉄で作られていたりして相当重いはずです。
ではなぜ船は浮かぶのでしょうか??
答えは簡単、船は水より軽いから。
ここでちょっと物理的に考えてみましょう。



重量とは、重力に質量が比例した値をいいます。
それとは逆に、浮力とは水が排除された量によって決まる値です。
船が浮かぶ条件とは、この重量と浮力が釣り合ったときです。

ここで、「船の沈んだ容積×水の重さ」は浮力であるわけですから、浮力が船の重量を上回らない限り沈みません。
どんな船も、重量に対して、十分な浮力を持っているので船は絶対に浮きます(浮かない船は船とはいいませんね)。

シーバスフィッシング?
釣り好きが周りにいると、シーバスという言葉を聞くのではないでしょうか。
バスフィッシングのターゲットとされるブラックバスの仲間?!
っていうことは、海の外来魚?!
と、海に生息する外来魚なんて謎でしょうがありませんが、そんな発想をしてしまうかもしれません。
ちなみに私の思考回路はそうでした。

じゃあシーバスって一体何?
ってことになりますが、その正体は日本名:スズキです。
これならなるほどって思いますね。
耳にしたことがある魚でしょう。
釣り吉の方は当たり前じゃんって思うかもしれませんが、あしからず。

で、スズキっていうのは、出世魚です。
小さい順で、コッパ、セイゴ、フッコ、スズキというように、名前が変わってきます。
間違っても
「今日はスズキが釣れたよ」、という内容に対して
「でっかいセイゴだねぇ」、なんていわないように。
喧嘩売ってます。

年配の方に言わせれば、スズキはあくまで出世魚、名前が変わってきます。
しかし、シーバス釣りからみたら、サイズがどうあれスズキは全部シーバスということです。

ちなみにスズキは英語表記で「common sea bass」です。
英語のがかっこいいですね。
タイタニック号って何?
もうすでに当たり前の話ですがご紹介しましょう。
タイタニック(TITANIC)号とは、イギリスの豪華客船です。
ご存知の通り、1912年4月15日に沈没してしまいました。

概要はこんなページです。
http://www.collectibleonline.com/history.htm
詳しいことはヤフーの海外版で他を検索して翻訳して下さい。

出力51000馬力、最高速度22.5ノット(時速約42km)っていう最新鋭の客船。
設計はトーマス・アンドリュースが彼のおじさんの跡をついで行いました。
大型船を建造するときはドックという、お堀みたいな専用の場所を用います。
小型艇のようにクレーンで持ち上げたら(持ち上げられませんが・・・)、船の重みでばらばらになることでしょう。
未確認ですが、タイタニック建造はドックは使わずに、船台上で作ったらしいです。

そして、あまり知られていませんが、タイタニックと同型船がタイタニック号を含め
3隻あったということを忘れてはいけません。
ひとつはオリンピック(OLYMPIC)号という客船、もうひとつはブリタニカ(BRITANIC)号という軍用船です。
この2隻は共に結構厳しい環境を生きることになります。

日本でも同じですが、当時は造船業が盛んだったんですね。
現在の60歳ぐらいのひとたちの、大学を出て就職する花形は造船業だったと聞いたことがあります?!
まったく関係ないですが、うちのじいさんは船大工でした。
タイタニック号はなぜ壊れた??
これまたよくご存知のお話です。
簡単にいうと、氷山にぶつかり、そこから壊れて真っ二つになり沈んだ、です。

どういった経路で壊れてどうなったのかというのは、よく知られているので違うお話を。
まず、氷山がプカプカ浮かんでいる海を走行しているほうに無茶があります。
多くの金属には、低温脆性という「ある温度で材料が極端にもろくなる」という特性を持っています。
鉄において、低温脆性を促進する原子として、硫黄、リン、マンガンなどがあり、タイタニックに使われている鋼板は硫化マンガンが入っていて、とどめにマイナス2℃の海水にさらされていますから、当然の結果です。
今ではそういった事故例から学び、船舶用に使用される鉄は、粘り強く、低温脆性しにくいものを使用するように規定されています。
そしてそれらの原子は極少量しか混入は許されてません。
ですが、その当時では石ころや硫黄やマンガンなどの介在物は
当たり前の世界ですから、しょうがなかったのかもしれません。
海水と淡水ではどちらが金属を腐食させやすい?
経験的に海水の方が腐食(さび)しやすいのはわかると思います。雪国の凍結防止の為の塩化カルシウムだったり、浜辺付近にはあまり車を置かない方がいいとかね。特に船の用品なんて気をつけないとすぐ錆びてしまいますよね。
そこでこの腐食の現象を電気理論チックに説明します。

海水はNa+とCl-を含んでおり、これが電解質となり、電子の受け渡しを助けるため金属を腐食させやすくする。また、金属元素はCl-などのハロゲンイオンと結びついた方が安定となるため淡水に比べて腐食しやすい。


まあこんな感じです。
意味不明だと思います。わかります。
要約すると、腐食(さび)というのはイオンの移動によって引き起こされるものであって、イオンの移動が活発になる海水中は腐食しやすいっちゅうことです。
日常生活の中に起きてる現象って結構難しいことやってるんですね。
ステンレスって?
よくステンレスって聞きますよね。っていうか皆さん知っていると思います。錆びない金属ステンレスってね。
マリンレジャー関係でふんだんに使われているアレです。
この語源のステンは「錆」、レスは「ない」っちゅうことで錆びない鉄、ステンレスという名が付けられています。

何も知らない若い姉ちゃんに教えてあげると
「え〜○○さんってものしり〜、素敵〜」
なんてことうけあいです。オススメいたします。

そこでですが、錆びない鉄ステンレスっていってもやはり限界があるわけで、もちろん錆びます。ただ鉄に比べて錆びにくいということを覚えておかなければなりません。
ステンレスはCr(クロム)やNi(ニッケル)という金属などを鉄に添加し作られた合金のことをいいます。鉄のお友達なんですね。私はステンレスっていう金属があるんだと思ってました・・・
それで、なぜステンレスが錆にくいかってことを考えるわけですが、これはステンレス単体が錆にくいわけではなく、ステンレスの表面に生成される酸化膜(不動態膜)が錆に強いわけです。
酸化膜が錆に強いというと語弊がありますが、まあその不動態膜がイオンの移動を邪魔して錆に強くなるってわけですね。
賢いですね、ステンレスって。
どんな場合にステンレスは錆びるの?
それにはたくさん考えることができますがとりあえず4つ説明します。

@加熱された場合
A応力(力)がかかった場合
BCr(クロム)の含有量が多い場合
C酸化膜に穴があいた場合

こんな感じです。普通に使ってる分ならほぼ錆びませんね。
それではどのように錆びるのか説明してみることにします。

@温度が上がるとCrのカーバイドが結晶粒のまわりに析出するため、結晶粒界はCr濃度が薄くなり、そこから腐食する。これを粒界腐食といいます。
A応力がかかると、その部位のポテンシャルが上がり、他の物質よりエネルギーが上がり活性化した状態となります。そのため腐食が起こります。
Bδ相というFe-Crの化合物が結晶粒界に析出してもろくなり、腐食しやすくなります。
C皮膜に小さな穴があいて、そこに塩素イオンがたまると、そこだけ強く腐食する現象がおきます。これを孔食といいます。

ちょっとこれを語ると量が膨大になるのでここらへんで終えときます。
FRPってなに?
めちゃくちゃ有名なんでこれはご存知の方が多いかもしれません。
結構色んなところに古くから使われています。船のボディーだったりバスタブだったり様々なところに使用されているのでぜひ探して見てください。探したからといっても賞品はありませんが・・・

名前の由来ですが、FRPとはGlass Fiber Reinforced Plasticのことを指します。
日本語にするとガラス繊維強化プラスチックとなり、名前からもプラスチックをガラス繊維で強化したってのがわかることでしょう。
こういった材料を複合材料といいます。
この材料が船などにふんだんに使われている理由は
@耐食性が良い :プラスチックだから錆びたりしません
A比強度が高い :軽いわりに強度が比較的高い部類に入ります
B安価である   :これがないと始まらない。安く仕上げることができます
C成型しやすい :作ったり、直したり簡単にできます
etc・・・
たくさんの理由が考えられます。

ですが問題もありまして、ガラスとプラスチックを分離し難いため、リサイクルに向いてません。捨てるときは産業廃棄物行きとなるでしょう。車関係でリサイクルに最も頭を悩ましているのがこのFRPだとも聞きますしね。
すごく便利な材料だけどその反面落とし穴があるってことですね。
FRPの強度
FRPとはなんぞや?ということがわかってもらえたと思います。
そこで次は強度のお話ですが、結構マニアックです。

FRPは強度の弱いプラスチックを強いガラス繊維で強化している材料ですが、ここに多少の問題があることがおわかりいただけるでしょうか?
引張る分にはガラス繊維が荷重をうけもってくれるため高強度を実現しますが、圧縮するとどうなるでしょう?
自分で作られたことがある方はわかると思いますが、ガラス繊維はシート状になっていて、ふにゃふにゃ曲がります。
つまり、FRPは圧縮荷重がかかる場合、繊維は荷重をほとんどうけもたず、圧縮には弱い材料であるということがいえます。FRPのプラスチックは不飽和ポリエステルが一番よく使われていますが、圧縮の場合ほぼこのポリエステルの強度と同じぐらいです。

鉄の引張強度が大体240MPa(これが目安だと思ってください、ピンキリです)、昔私が実験で使用したFRPの強度が130MPa程度ですから、約半分ですね。それでも軽さを考えたら全然軽いわけですからよく使われるのです。
この鉄の半分の強度というのを覚えておいて損はないと思います。ただこれもピンキリなので一般的に、ということを付け加えなければなりません。
FRPの破壊
これまた、色々な形態があるので一概にこういった破壊が起こるとはいいきれません。
あくまでケースバイケースということです。
しかし、これだけは言えるというのは当たり前のことですが、一番弱い部分から破壊が起きるということです。

簡単な例を挙げてみると、長縄跳びなんかで失敗するのは決まって一番しょぼい人です。
材料でいう破壊は一番しょぼい人の失敗のようなものです。
最弱リンク説だっけかな。たしかそんなような名前がつけられていたようないないような。

んでもってこんなことつらつらと語っていてもしょうがないので、とりあえずってことで説明すると・・・
FRPは積層してつくるものであり、一番弱いであろう部分は繊維とプラスチック(マトリックス)の間ということになります。
なんらかの原因によってその間にはく離が生じてしまった場合、今までの強度は保てるわけもなく、そこに応力集中がおきると考えることができます。
そうすると荷重を受け持っていた繊維が破断して、全体の破壊につながるということになるのです。

わかりましたか?これ以外にも色々と考えればあると思いますがね。例えば欠陥とか。
これはめちゃくちゃ簡単な説明なんであしからず。


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