研究の動機

　「チューブ入り軟膏を絞り出すと、曲がって出てくる。そのために軟膏がチューブの口の周囲にくっつき、不衛生に感じる。どうして曲がって出てくるのか、理由を明らかにしたい。

〈１〉曲がって出てくる軟膏の観察　　

　家庭にあるいろいろなチューブ入り軟膏やチューブ入り製品を持ち寄り、絞り出した時の曲がり方を観察した。

《方法》

21種類のチューブ入り軟膏、15種類のチューブ入り製品を、次のような条件で絞り出し、曲がり方を調べた。 ①チューブの中央部を指で押す。 ②押し出すスピードは３秒間で１㎝とする。 ③曲がり方は、図１の部位を測定し、ｙ/ｘ＝0を×（バツ）、0 <ｙ/ｘ≦0.3△、0.3<ｙ/ｘ≦0.5を○、0.5<ｙ/ｘを◎とする。
	図1

《結果と考察》

　ほとんどのチューブ入り軟膏が大きく曲がった。しかし中には「全く曲がらないもの」や「曲がりの小さいもの」「曲がるには曲がったが、すべて重力による垂れ下がりと判断できるもの」が含まれる。同じチューブ入り軟膏でも、曲がる時と曲がらない時がある。これらのことから実験は数回行い、その傾向を探ることが重要であると分かった。
　また、この実験からは、絞り口の形状や大きさとの関係を見出すことはできなかった。
　チューブ入り製品の中には「測定不能のもの」が多かった。これは「曲がるには曲がったが、すべて重力による垂れ下がりによるもの」、または中身の粘性が低く、ほとんど水に近い状態だったため「“曲がり”として確認できなかったもの」である。
　傾向として、チューブ入り軟膏には曲がるものが確かに多く、それ以外の食品や衛生用品などには、曲がりを確認できないものが多かった。

（2） チューブの形状と曲がり方

　いろいろな形状のチューブを自作し、軟膏に見立てた糊を入れて絞り出した時の、曲がり方を調べる。

《方法》

タレの容器にいろいろな口の形、長さ、内径のビニールパイプをさし、14種類のチューブを作った。この中に糊（障子張り用、粘度85パスカル秒）を入れて絞り出す。絞り出す条件は①容器の中央部を押す。②押し出すスピードは３秒間で１㎝。③曲がった時は、〈１〉と同様にｙ/ｘの値を求める。

《結果と考察》

曲がったのは「出口を斜め45度に切ったもの」「出口付近の横側に釘を刺したもの」「口の形が円以外のもの」だった。それも、ほとんどのｙ/ｘ値が1.0程度、あるいはそれ以上で、非常に大きく曲がる様子を観察できた。チューブの長さ・太さに関係なく、「口の形が円形のもの」は曲がらなかった。
「出口を斜め45度に切ったもの」は、必ず先端がとがった（鋭角になった）方向に曲がった。「出口付近の横側に釘を刺したもの」は、必ず釘を刺した方向に曲がった。「口の形が円以外のもの」も曲がったが、口の形と曲がる方向、あるいは曲がりの大きさとの関係までは、明らかにできなかった。

（3）角度を変えた時の曲がり方の違い

〈２〉で「出口付近の横側に釘を刺したもの」も曲がったことから、釘の太さを直径0.8㎜、1.2㎜、1.8㎜に変えて調べた。

《方法》

出口を30度、45度、60度の角度で切り、それぞれ糊を絞り出した。

《結果と考察》

斜めにカットする傾斜が大きいほど大きく曲がった。これは軟膏が曲がって出てくる理由を考えるヒントになりそうだ。

〈４〉釘の太さを変えた時の曲がり方の違い

〈２〉で「出口付近の横側に釘を刺したもの」も曲がったことから、釘の太さを直径0.8㎜、1.2㎜、1.8㎜に変えて調べた。

《結果と考察》

釘が太いほど大きく曲がった。これも軟膏が曲がって出てくる理由を考えるヒントになりそうだ。

〈５〉絞り出す速さによる曲がり方の違い

これまでの実験は、すべて「３秒間で１㎝」のスピードだった。

《方法》

押し出すスピードは「６秒間で１㎝」「３秒間で１㎝」「１秒間で１㎝」の３段階。チューブは〈２〉の「出口を斜め45度に切ったもの」と「出口付近の横側に釘（太さ1.8㎜）を刺したもの」の２種類を使い、ｙ/ｘ値を求める。

《結果と考察》

どちらも、絞り出すスピードが速いほど、曲がり方が大きかった。「釘を刺した」方が、「斜め45度」よりもはるかに大きく曲がった。

〈６〉粘度による曲がり方の違い

これまでの実験は、すべて粘度85パスカル秒の糊を使った。

《方法》

これまでの糊に片栗粉を練り込んで調整した粘度120パスカル秒、粘度160パスカル秒、従来の粘度85パスカル秒の糊を、「出口を斜め45度に切ったもの」と「出口付近の横側に釘（太さ1.8㎜）を刺したもの」の２種類で試した。粘度は粘度計で調べた。絞り出す速さは３秒間で１㎝。

《結果と考察》

どちらのチューブも、粘度が大きいほど、曲がりが大きくなった。「釘を刺した」方が、「斜め45度」よりもはるかに大きく曲がった。

〈７〉軟膏が曲がって出てくる理由

　これまでの実験結果および考察から、軟膏が出てくるときの「摩擦力」と「障害物」によって説明できる。
　軟膏が出てくるときのチューブ内壁との摩擦力は、内壁との接触距離が長いほど大きくなり、短いと小さくなる。このため、斜めにカットされた出口では押し出される力に差が生じ、摩擦力の大きい、出口の先のとがった方向に曲がる。
　出口部分に障害物があると、押し出される力が小さくなり、障害物のない側の押し出される力の方が大きくなる。このため、障害物のある方向に曲がる。口の形が四角形や三角形のものは、通りやすい部分と通りにくい部分ができるために、曲がってしまうのだ。
　出口を斜めにカットしたチューブよりも、釘で障害物を作った方の曲がりが大きくなったのは、「摩擦力」よりも「障害物」による力の差の方が大きいためだ。粘度が大きい方が大きく曲がるのは、それだけ「摩擦力」や「障害物」による反発力を受けやすくなるからだ。

〈８〉チューブ入り軟膏の曲がる方向

〈７〉の説明では、チューブ入り軟膏の曲がる方向は「常に一定だ」ということになる。

《方法》

実験でよく曲がった軟膏を使い、10回押し出してみた。

《結果と考察》

曲がる方向は一定でなかった。

〈９〉曲がる原因部位の特定

　軟膏の曲がる方向を変えている部位はどこにあるのか。軟膏チューブの先端部分を、自作のタレ容器パイプに取り付け、糊（粘度200パスカル秒）を10回押し出した。

《結果と考察》

曲がる方向は一定ではなかったので、軟膏の曲がる方向を変えているのは、チューブ先端の口の部分だ。

〈10〉チューブ先端の形状

口の内側を観察した。

《結果と考察》

口の内側全体に、使い始めに金属膜を破った時にできる、ひだ状の凹凸が見られた。これが軟膏の曲がる方向を不規則に変化させているのだ。

〈11〉多数の突起のある口を使って確認

内側に多数の凹凸のあるナットを自作チューブの先端に取り付け、曲がる方向が変わるか調べた。

《結果と考察》

曲がる方向が不規則に変化した。凹凸の中に押し出される時、軟膏に複雑な力が働くためだ。

課題

　この研究の中で、粘度によって軟膏の性質が変わるらしいことが分かってきた。流体の粘度と性質の関係を調べていきたい。