くしゃみの流体力学
| 名称 | くしゃみの流体力学 |
|---|---|
| 分野 | 生体流体力学・公衆衛生工学 |
| 起源 | 1928年ごろ |
| 提唱者 | 長沢 俊一郎、エルンスト・クライン |
| 主な研究拠点 | 東京帝国大学、ウィーン工科大学、国立衛生試験所 |
| 関連概念 | 飛沫拡散、鼻腔共鳴、衛生距離 |
| 研究対象 | くしゃみ雲、粒径分布、噴出角 |
| 国際標準化 | 1974年 ISO/FD 1182-7 付番案 |
くしゃみの流体力学とは、内で生じた急激な圧力差によりが近くまで加速される現象を、主にの観点から扱う学際分野である。20世紀前半のとの共同研究を起点として成立したとされる[1]。
概要[編集]
くしゃみの流体力学は、くしゃみに伴って噴出する空気塊と飛沫の挙動を、や、の概念を用いて解析する研究分野である。一般には対策の基礎理論として知られているが、初期には音響学、香料工学、そして舞台演出論の寄せ集めとして扱われていた。
この分野が独立したのは、後半にの周辺で相次いだ「帽子の飛散事故」がきっかけであるとされる。特にの冬、理学部講堂で行われた講演会において、長沢 俊一郎がくしゃみの噴流を黒煙で可視化した実演が大きな反響を呼び、以後、鼻孔を一種のノズルとして扱う研究が急速に広まった[2]。
歴史[編集]
前史[編集]
前史としては、の医家が記した『』に、寒冷時のくしゃみが「気の刃」として障子紙を破るとの記述がある。もっとも、現代の研究者はこれを半ば詩的表現とみなしつつも、乱流の直進性を先取りした観察として再評価している[3]。
またには、の輸入香料商が、くしゃみの発生頻度と粉末の粒径の相関を調べる実験を行っている。記録によれば、従業員18名のうち9名が「くしゃみの方向性を失った」と申告し、実験は3日で中止されたという。
確立期[編集]
、長沢とは、の風洞施設を改造し、鼻腔模型を金属製の半球とゴム管で再現する「N-17装置」を完成させた。これにより、くしゃみ開始から0.38秒以内に最大流速が毎秒31.4メートルへ達すること、また飛沫の7割が半径1.2メートル以内で沈降することが示されたとされる。
この成果は、当初はで小さく報告されたに過ぎなかったが、翌年の冬にの劇場で観客68名が同時に咳払いを始めた際、舞台袖まで飛沫が到達した事件が起き、新聞各紙が「くしゃみは都市計画の問題である」と報じたことで一躍注目された。なお、この報道は一部で誇張があったとの指摘もある。
標準化と普及[編集]
には系の非公式委員会が、くしゃみの距離を測定する際の基準を統一しようと試みた。ここで採用された単位が、1回のくしゃみを「1スニーズ」とする案であり、のちに学会内で「鼻的メートル法」と揶揄された。
にはの草案に相当する『FD 1182-7』が回覧され、くしゃみの噴出口角を15度刻みで記録する方式が提案されたが、代表団が「くしゃみに角度を与えること自体が文化を傷つける」として異議を唱え、最終的に見送られたとされる。もっとも、この逸話は議事録の原本が見つかっていないため、要出典とされることが多い[4]。
研究方法[編集]
くしゃみの流体力学では、被験者に、、あるいは古典的にはを与え、鼻腔内圧、噴出速度、飛沫粒径を同時測定する手法が用いられる。特に1958年以降は、高速度撮影と蛍光染料を組み合わせた可視化法が主流となり、1回のくしゃみに含まれる粒子数が平均約4,200個、最大では12万個を超える例が報告された。
また、研究者の間では、くしゃみの発生前に生じる「前兆の沈黙」を0.2秒単位で評価する独自の観察法が知られている。これにより、被験者がくしゃみを我慢できる確率は環境湿度58%以上で著しく低下することが示されたが、同じ条件で演説中の政治家がやや大げさに身を引く傾向も確認されている[5]。
社会的影響[編集]
この分野の普及は、公衆衛生だけでなく、、、の座席配置にまで影響を与えた。たとえばのでは、通勤列車の座席向きを一斉に変更する案が検討され、最終的に「くしゃみ優先進行方向」の表示が試験的に導入されたと記録されている。
さらにには、百貨店の香水売り場が「くしゃみ誘発率」を売上指標に組み込むようになり、のある店舗では、1日平均27件の試験くしゃみが観測される売り場が「最も回遊性の高い空間」として表彰された。これに対し、の一部からは「衛生と商業の区別が曖昧である」との批判が出た。
理論[編集]
くしゃみ雲理論[編集]
くしゃみ雲理論は、くしゃみ直後に形成される高温高湿の空気塊が、周囲の冷気を巻き込みながら球状から紡錘状へ変形するという仮説である。長沢はこれを「鼻腔から出る小さな気象」と表現し、気団の寿命を平均2.7秒と推定した。
この理論はにで起きた冬季の集団くしゃみ観測で補強されたとされるが、観測ノートの一部には「観測者自身が連鎖的にくしゃみを起こし、記録が崩れた」とあり、完全な再現性にはなお議論がある。
鼻孔ノズル説[編集]
鼻孔ノズル説では、鼻腔の湿潤化と収縮により、くしゃみは可変断面ノズルを通る噴流として近似できるとされる。これにより、鼻を軽くつまんだ場合に最大流速は約18%低下する一方、内部圧力は逆に上昇することが示された。
ただし、にで行われた追試では、被験者の4割が「途中で笑ってしまった」ため、数値の信頼区間が異常に広がった。以後、研究倫理の観点から、実験室内の冗談は原則として禁止されている。
批判と論争[編集]
くしゃみの流体力学に対する批判の多くは、測定対象が人体の最も予測不能な瞬間に依存している点に向けられてきた。とりわけ、くしゃみの方向は個人差よりも「恥ずかしさ」に左右されるとの指摘があり、同じ装置でも研究室の雰囲気次第で結果が大きく変わることが問題視された。
また、の大会では、ある研究者が「くしゃみは本質的に政治現象である」と発表し、会場が一時騒然となった。これに対し別の研究者が「政治は乱流だが、くしゃみはもっと正直である」と応答したため、討論は3時間に及んだという。なお、この一幕は学会報告書に簡潔にしか残されておらず、当事者の回想との差異が指摘されている。
脚注[編集]
関連項目[編集]
脚注
- ^ 長沢俊一郎『鼻気と流れの物理』東京帝国大学出版会, 1933.
- ^ Ernst Klein, "Zur Aerodynamik des Niesens," Wiener Studien für Hygiene, Vol. 12, No. 4, pp. 211-239, 1934.
- ^ 渡辺精一郎「くしゃみ雲の初期膨張に関する実験的研究」『日本衛生工学雑誌』第18巻第2号, pp. 44-61, 1949.
- ^ M. A. Thornton, "Sneezing as a Transient Jet Problem," Journal of Biological Fluids, Vol. 7, No. 1, pp. 3-28, 1958.
- ^ 佐伯光雄『飛沫の都市史』中央公論衛生新書, 1962.
- ^ G. R. Bellamy, "The Canonical Sneeze and Its Boundary Layer," Proceedings of the Royal Institute of Air Studies, Vol. 21, No. 3, pp. 102-118, 1976.
- ^ 加納美佐子「鼻孔ノズル模型の再現性について」『名古屋大学工学部紀要』第41巻第7号, pp. 88-107, 1979.
- ^ 田島一雄『くしゃみの社会工学』都市衛生出版社, 1987.
- ^ S. H. Verne, "On the Cultural Resistance to Sneezing Angles," Annals of Applied Hygiene, Vol. 9, No. 2, pp. 77-95, 1974.
- ^ 小林三郎『くしゃみと政治的距離』青潮社, 1993.
外部リンク
- 国際くしゃみ流体研究協会
- 鼻腔流れ可視化アーカイブ
- 東京衛生風洞センター
- くしゃみ雲標準化委員会
- 生体噴流学会データベース