スパイダーマンの「糸」にまつわる本気の物理学

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スパイダーマンにおいて最も特徴的とも言えるのが、クモの糸を出すという能力だろう。ここで明らかにしておきたいのが、彼の糸はあくまでテクノロジーありきの特殊能力であるということ。旧設定はひとまず全て忘れて頂きたい（手首の、なにか特別な穴から勝手に糸が出てくるわけではないのだ）。

糸の強度はどれくらい必要なのか

さて、ではまず、糸の強度について考察してみたい。実証するためにここでいくつかの手法を紹介しよう。前作の映画にも登場した、落ちてくるクルマをキャッチしたシーンを例として使いたいと思う。どのような張力を使えば糸は切れずに耐えるのだろうか。単純に車の重量を調べればいい？　それでは解法を得ることはできない。糸は車を支えるだけでなく、減速させてもいるからだ。

さて、この落ちている車の集積が2,000kg程だとして、糸によって止められる1秒前だとしよう。運動量原理を用いて、クルマが下降している際の運動量を計算できる。

クルマは停止状態からスタートするため、当初の運動量は0とする。では、クルマを止めるにはどうするのか？

いざ糸がクルマにまとわりつくと、2つの力（下向きの重力と、糸による上向きの力）がクルマ本体に加わることになる。もちろん糸はすぐさまクルマを止めることはできないので、糸が伸びるまでの時間も考慮しなくてはならない。すべての素材は多少なりとも伸縮するのだ。ひとまず簡易化して考えたいので、止めるまでの時間を1秒間としておく。ここでの運動量原理は先ほどと近似しているが、今回は2つの力が関係しており、最終的な運動量が0となる事を忘れないでほしい。

結果、糸には最低でも39,200ニュートン程の張力が必要なようだ。

この値を用いて糸状の素材同士を比較してみたい。素材の強度は、最高引張強度で説明する事ができる。これはその素材が限界まで耐えうる横断面積毎の最大張力で、MPa (メガパスカル）あるいは106ニュートン/立方mで計測される。ワイヤーは太い程強度が上がるため、最大張力を求めるにはワイヤーの横断面積を求める必要がある。

まず、大まかな推定をしてみよう。スパイダーマンから放たれた糸を半径1mmの円筒形とする。この糸を実際に存在する同サイズの素材と置き換えた時、（ウィキペディアによれば）その最大張力は以下のようになる。

・鉄製ケーブル：6,503ニュートン
・ナイロン製ロープ：235ニュートン
・クモの糸：3,142ニュートン
・カーボンナノチューブロープ：1.98×10^5ニュートン

この結果を見ている限りでは、クルマを吊せそうなのは、カーボンナノチューブのロープくらいだろうか。鉄製ケーブルでも不可能ではないが、半径2.5mm程と太くなければならないだろう。

任務に必要な「糸」をどれだけ隠し持っているのか