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物理の得意な方に質問です
「おんぶ」についてです
兵児帯でのおんぶとおんぶ紐でのおんぶ
兵児帯の方が、何度やっても楽です
おんぶ紐の方が、肩に当る部分にパットが入っていて楽そうなのですが…
たぶん、赤ん坊の重さの方向と重力の関係があるのだと思いますが
なぜ、兵児帯の方が楽なのか、科学的に説明できますでしょううか?
男性の方には、イメージがつきにくいと思いますので画像があるURLを載せておきます
兵児帯でおんぶ
http://plaza.rakuten.co.jp/tanosiikosodate/5011
子守帯(おんぶ紐)でおんぶ
http://www.rakuten.co.jp/babysale/431920/448467/448468/#437399

私の考えでは、
兵児帯は母親の背中にベビーの身体に密着すること
ベビーの脇から通した紐がほぼ水平に母親の肩にかかること
おんぶ紐は、ベビーの体重を肩のみで支えている感じ
なのですが、ベビーの体重のかかる方向と重力(?)と紐のかかり方の3つの関係がある気がします

くだらなくて申し訳ありませんが、科学的に兵児帯の方が楽だという証明をしていただけたら嬉しいです

●質問者: yuki1113
●カテゴリ:科学・統計資料 生活
✍キーワード:URL おんぶ イメージ パット ベビー
○ 状態 :終了
└ 回答数 : 12/12件

▽最新の回答へ

[1]予想の範囲を出ませんが rr003013

イメージとしては、リュックサックで前止めのバンドがあるものがありますよね。それをカチッととめているか、とめていないかで全然重さの感じ方が違うのと同じでしょう。

体への密着性が高ければ高いほど楽になります。

モーメントの関係も出てくると思います。

背負っているものと背中との間に距離があればあるほどかかる力は大きくなり、当然苦しくなって行きます。

バンドの部分自体の広さにもよりますね。圧力のかかり方がどうなるのかっていう問題です。細ければ肩にかかる圧力も大きくなり疲れます。

あとは材質とそれ自体の重量など


[2]これは剛体モデルを使えば説明できそう Gell-mann

力学の問題として、剛体モデルを使えば力の加わり方を分析できそうな気がします。

解説写真を見ると、へこ帯の場合、

(1)赤ちゃんの脇にまわった紐がお母さんの肩に力を伝え、

赤ちゃんのおしりにまわった紐はお母さんの胸に力を伝えていますね。

(2)更に、赤ちゃんのおしりにまわった紐は、反対側からおかあさんの肩に

力を伝えています。

詳細なモデルの構築と数式は、改めて考えるとして、

この状態では、赤ちゃんが右に動くと、

(1)の紐はおかあさんの右肩に大きな力を加えるように働き、

(2)の紐はおかあさんの右脇を一旦、経由して左肩に大きな力を加え

るように働きますね。

それに対しておんぶ紐は

(3)赤ちゃんの脇にまわった部分も、おしりにまわった部分も、

おかあさんの肩だけに力を伝えていますね。

この状態では、赤ちゃんが右に動くと、

おかあさんの右肩だけに、より強い力を加える事になります。

肩にかかる力だけを考えても、

へこ帯の方は常に両肩に力が分散されることになりますね。

へこ帯は胸でも支えているので、肩へかかる力自体も小さいでしょう。

へこ帯が疲れないのはこれが原因だと思います。

定量的には剛体モデルで示せそうなので、ヒマな時に再度、

詳細を示しましょう。


[3]>2 赤ちゃんの重心付近に主たる支点がある takejin

赤ちゃんが剛体とすると、その重心は、たぶんわきの下を結ぶ線の少し下くらいと思われます。その点に非常に近い部分で支えているので、赤ちゃんの移動に対しての荷重の移動が少ないのでしょう。(ここまで兵児帯)

対して、おんぶ紐は、赤ちゃんの重心よりも基本的に下のおしりで荷重を支えていて、さらにこの荷重点から遠い肩で支える形になっている。こうなると、赤ちゃんの移動が増幅されて肩にかかる感じになってしまう。→赤ちゃんの重心と赤ちゃんを支持する点が遠い→少しの移動で大きなモーメントがかかる→モーメントに対応するためおんぶ紐には、移動前と大きく異なる荷重がかかる。→この荷重点も支点の肩とは離れているのでモーメントは大きくなる。→肩の支点に対して働く力が大きくなる。→疲れるのでは?

ついでに、赤ちゃんの方も、移動に対する荷重変化によって、おんぶ紐のほうが疲れているのではないでしょうか?


[4]>1 ありがとうございます yuki1113

身体との密着度も関係あるんですね

肩にかかる部分は確かに兵児帯の方が広いですね

ありがとうございます


[5]>2 わぁぁ、やっぱりすごいです yuki1113

とてもわかりやすい説明ありがとうございます

学生のときに物理で出てきた矢印が母親の身体にイメージできます

やっぱり、きちんと数式やモデルの構築で説明できるんですね

ありがとうございます

続報お待ちしています


[6]>3 わかりやすいです! yuki1113

やはりおんぶ紐は科学的に分析しても

赤ちゃんを重く感じる=疲れやすい

ということがわかりますね

赤ちゃんも、おんぶ紐の方が疲れているのではないか

という点は考えませんでした

赤ちゃんは口をききませんが、じつは辛いのかもしれませんね

ありがとうございます


[7]>2 続報:簡単な力学モデルを考えてみました Gell-mann

簡単な力学モデルを考えてみました。

次の図のようなモデルで、基本的な問題を語れるのではないかと思います。

(貼付けた図を見られないかもしれませんが、、、)

おんぶ紐剛体図

これは横から見た図で、右側が後ろ方向です。赤ちゃんは長さ2×l1の棒ABで表します。お母さんの胴体を長方形の板とし、上辺の中央をお母さんの肩とします。棒(赤ちゃん)は点Aでお母さんの背中と接しており、また点Aと点Bにおいて紐によって支えられています。

お母さんの背中(板の右縁)とおんぶ紐とで棒(赤ちゃん)を支えて静止させるときの釣り合いを論じれば良いでしょう。赤ちゃんが静止する条件は、(1)水平方向に働く力Xiの和、(2)鉛直方向に働く力Yiの和、(3)点Aの周りに働くモーメント、の全てが0になることです。モーメントは反時計回り(左回り)を正にとります。すると、

(1) ΣXi = 0 : N - T1 - T2・sinθ2 - T3・cosθ3 = 0

(2) ΣYi = 0 : T2・cosθ2 + T3・cosθ3 - m・g = 0

(3) ΣδiFi = 0 : T3・2・sin(θ3+φ)- m・g・sinφ = 0

となります。(3)式は加法定理を使って整理した後の式です。Nは棒が受ける抗力で、背中に対して垂直です。T1はお母さんの腰へまわしている紐の張力、T2はお母さんの脇からまわる紐の張力、θ2はその紐が鉛直線となす角、T3はお母さんの肩へまわる紐の張力で、θ3はその紐が鉛直線となす角です。mは赤ちゃんの質量でgは重力加速度、φは棒(赤ちゃん)が鉛直線となす角です。棒(赤ちゃん)と背中との間の摩擦は無視しました。

お母さんの肩へかかる力は紐の張力T3ですから、これの大きさを見積もれば良い事になります。結局、A点まわりのモーメントの条件式(3)からの

(3') T3 = (m・g/2)・sinφ/ sin(θ3+φ)

だけで議論できそうです。(m・g/2)は定数であり、変える事ができませんから、角度φとθ3でT3の値が決まります。φ=0に近づけば近づく程、T3は小さくなりますので、赤ちゃんはお母さんの背中に密着させる方が良い事になります。また、分母のsin(θ3+φ)は大きい方が良いので、θ3は90°に近い方が良い事になります。θ3を90°に近づけるには、接点Aの位置を出来る限り高くすれば良い事になります。へこ帯とおんぶ紐のφとθ3は

へこ帯のφ < おんぶ紐のφ

へこ帯のθ3 > おんぶ紐のθ3

となっており、いずれもへこ帯に有利な状態です。この結果は、へこ帯の方が赤ちゃんとお母さんの背中とが密着するから楽という意見を支持しております。この議論では赤ちゃんとお母さんの背中との摩擦力を無視しましたが、摩擦力を考慮すると、更に差が大きくなります。あと、お母さんの質量Mと赤ちゃんの質量mの比が5:1位でしょうから、お母さん+赤ちゃんの全系についての釣り合い条件などを考えると更に差があるかもしれません。

余談として、おんぶ紐では、AB間がキャリーで接続されているのでl1は定数ですが、へこ帯の場合には、AB間の長さは赤ちゃんの体自身で規定されますので赤ちゃんの姿勢によって長さを変える事が可能です。また上記の式では赤ちゃんの質量中心をAB間の中点としましたが、おんぶ紐の場合にはl1が一定なので赤ちゃんが成長するに従って質量中心はB点に近づきますが、へこ帯の場合には赤ちゃんが成長しても常にAB間の中点にあると考えられます。つまり点Aを同じ位置にしておいた場合に、おんぶ紐のθ3が一定であるのに対して、へこ帯は赤ちゃんの成長に従ってθ3が90°に近づくことを意味しています。その結果、おんぶ紐は赤ちゃんの重力によるモーメントが益々大きくなる方向へ働きますが、へこ帯は赤ちゃんが成長して重くなった分、θ3が90°に近づくことによって肩への負担を減らす方向に働きます。

これは前後のバランスについての議論でしたが、左右のバランスについても同じような議論ができるでしょう。左右のバランスについては、赤ちゃんが動いた時の角運動量を考えると、おんぶ紐とへこ帯で、かなり違う結果が出そうに思えますが、これよりは複雑な話になる気がしますので、やめます。


[8]>7 わ、すごい。簡単な?力学モデル masasan

計算できちゃってますね。

私は、赤ちゃんに長さまで考えずに重心くらいでいいかなと思ったのですが、甘かったようです。

お母さんと赤ちゃんの重心距離Rが大きくなればその分モーメントが大きくなるから、疲れるだろなとまず思いました。

摩擦についてもチラリ書かれていますが、ここも非常に重要な寄与をするのではないかと思います。

おんぶ紐(かるがるキャリー)では、主に赤ちゃんを乗っけている(carrying)のイメージですが、へこ帯ではお母さんの体により密着させることで、摩擦を増して面で支えているイメージです。

肩に集中して重さがかかるより、背中全体で支えるほうが重さが分散し楽に感じられるでしょう。

実際キャリーを使っていた知人も、見かけはいいけどこれは疲れると言っていました。

へこ帯をつかってより密着させ体温も伝えることによって、重心距離ならぬ、お母さんと赤ちゃんの心の距離も縮めて、心のモーメントも収まって、風や日の光・木の葉の音を聴きながら一緒にお散歩に行きたいところです。

と非科学的?に閉めてみます。


[9]>8 素敵な結論です Gell-mann

すばらしい結論です。どんな科学的分析よりも真理を語っていますよね。


味気ない力学で話をすると、

実は摩擦力を考慮に入れてもA点回りのモーメント(3)式は変わりません。

摩擦力はA点において鉛直方向に働くので(1)式が変わるだけです。

結果として紐の張力T2とT3が小さくなり、張力T1も小さくなります。

従って、お母さんの肩にかかる力は確かに小さくなります。


ここまでは、静的な釣り合いの状態だけを説明してきました。

しかし実際にはお母さんは歩き回るはずです。

お母さんが歩く時には、赤ちゃん(棒)は点Aを支点として、

メトロノームのように動くはずです。

お母さんの肩からの紐OBがたるんだ後、

ピンと張るまでの間に赤ちゃんが得た角運動量を、

ほぼ一瞬の間にお母さんの肩が受け止めることになります。

これもキャリーの方が疲れる大きな要因だと思います。


全系が移動する時の、動力学を考えるとき、

キャリーでは、このように、

お母さんと赤ちゃんは別々の2つの剛体として扱う必要がありますが、

へこ帯では、お母さんと赤ちゃんは一体化しているので、

2つの剛体ではなく、一つの剛体として近似できて、

殆ど静的な状態と変わりないはずです(計算してませんが)。


つまり力学的に考えても、へこ帯は、お母さんと赤ちゃんが

「一緒に」お散歩しているんですね。


[10]>7 わかりやすい! yuki1113

物理が苦手な私ですが、T3 = (m・g/2)・sinφ/ sin(θ3+φ)

以下の説明ですごくよくわかりました

やはり、昔の人の知恵はすごいですね

日本人はこのような素敵な伝統を守っていって欲しいですね


[11]>8 温かい育児 yuki1113

masasanさん

素敵な閉めありがとうございます

摩擦って重要な要素なんですね

科学的にも兵児帯のよさが証明されてなんだか嬉しいです♪

お母さんには見た目ではなく、身体の負担が軽いものを選んでほしいです

育児は肉体労働ですから

昔の母ちゃん達は、無意識に赤ちゃんも自分も快適で

かつ、お互いの存在を感じられる温かい育児をしていたんだなぁ

とちょっと感動しました


[12]>9 素晴らしい結論に感激です yuki1113

>力学的に考えても、へこ帯は、お母さんと赤ちゃんが

「一緒に」お散歩しているんですね。

素敵すぎです(T^T)

今後もこの結果をもとに兵児帯おんぶを続けたいと思います

みなさんの周りにも兵児帯おんぶの利点を広めて欲しいです

今回、質問して「答えてもらえるかなぁ』と不安でしたが

丁寧な回答をいただいた上に、予想以上に兵児帯が優れていることもわかって大満足です

欲張って、筋電計での計測なんていうのもしてみたくなりました

回答していただいた皆様、本当にありがとうございました!

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