自由研究670｜安全を守る知恵を知る！靴底の素材の違いで滑りにくさを比較してみよう

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今回のテーマ

「靴底の素材の違いで滑りにくさを比較してみよう」

私たちが道を歩いたり走ったりできるのは、靴底と地面の間に「摩擦（まさつ）」という力が働いているからです。この自由研究では、ゴム、プラスチック、スポンジなど、靴底に使われている素材によって「滑りにくさ」にどのような違いがあるのかを実験で確かめます。乾いた地面だけでなく、雨の日を想定した「濡れた床」での変化も調べることで、素材の個性を科学的に分析します。

自由研究の目的

どうして靴底の素材の違いで滑りにくさを比較してみるの？

「なぜこの靴は雨の日に滑りやすいんだろう？」と不思議に思ったことはありませんか？

靴底の性能を知ることは、単なる興味だけでなく「安全を守る知恵」につながります。

お年寄りが転ばないための介護シューズ
1分1秒を争う陸上選手のスパイク
油ですべりやすいキッチンで働く人のための作業靴
これらはすべて、素材の性質を理解することで作られています。物理学の基本である「摩擦力」を学ぶことで、世の中の道具がどうしてその形・素材なのかが見えてくるようになります。

自由研究のゴール

この研究を通じて、以下のような力を身につけることが目標です

この研究の最終的なゴールは、単に「これが滑りにくい」と結論づけることではありません。

「摩擦係数（まさつけいすう）」という考え方に触れ、数値で比較できるようになるのがレベルアップの目標です。

また、素材の表面を顕微鏡やルーペで観察し、「滑りにくさと表面のデコボコの関係」について自分なりの仮説を立てられるようになれば、立派な科学者の仲間入りです！

具体的な事例

運動靴（ラバー素材）　乾いた体育館では最強のグリップ力を発揮するけれど、泥の上ではどうかな？
サンダル（EVA素材）　軽くて柔らかいけれど、水に濡れたタイルでは急に滑りやすくなるのはなぜ？
革靴（レザーまたは硬質ゴム）　つるつるした床では滑りやすいけれど、長年使われる理由はあるのかな？
このように、身近にある家族全員の靴を集めるだけで、立派な比較サンプルが完成します。

研究を進めるうえで、以下のポイントに注目しよう！

重さを同じにする　靴自体の重さが違うと、地面を押し付ける力が変わってしまいます。靴の中に重り（ペットボトルなど）を入れて、全体の重さを統一しましょう。
引っ張る角度　ばねばかりで引くときは、地面と平行に引くようにします。
計算の導入　物理の世界では、摩擦力 F は、摩擦係数 mu と垂直抗力 N （重さに関係する力）を使って、以下の式で表されます。
F = mu × N
難しい計算はしなくても、「重さが同じなら、引っ張る力が大きいほど滑りにくい素材（muが大きい）」とわかればOKです！

自由研究の進め方

準備　種類の違う靴、ばねばかり（またはゴムテグスと定規）、重り、測定する床（板やタイル）。
予測　実験前に「どの靴が一番滑りにくいか」ランキングを予想してメモしておきましょう。
測定（乾燥）　靴を床に置き、ばねばかりでゆっくり引きます。動き出した瞬間の目盛りを記録します。
測定（湿潤）　床に霧吹きで水をかけ、同じように測定します。
観察　靴底をルーペで見て、溝の深さや素材の柔らかさを記録します。
まとめ　グラフにして、素材ごとの「滑りにくさの変化」をまとめましょう。

自由研究から発見したアイデア

実験が終わったら、「もっとすごい靴」を考えてみましょう。

「温度で変わる靴底」　夏の熱いアスファルトでは溶けにくく、冬のアイスバーンではカチカチにならない素材を組み合わせることはできないかな？
「吸盤ハイブリッド」　タコの吸盤のような構造を、一番滑りやすかった素材に取り付けたら、垂直な壁も登れるようになるかも？
こうした「もしも」のアイデアを最後に付け加えると、自由研究の評価はぐんと高まります。