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トピックス&コラム
2012/8/21

夏休み企画!
フォトロン流夏休みの自由研究 〜ボールの跳ね方沈み方比較〜

小学生の皆さん!夏休みも終盤に突入です!どんなことをして夏休みを過ごしていますか?毎日海や山に、時には家の中で楽しく過ごされているのでしょうか。それとも溜まった宿題に追われている最中でしょうか。
夏休みの宿題といえば忘れてならないのが「夏休みの自由研究」ですよね。皆さんはもう済みましたか?それともまだ何にしようか考え中でしょうか?
さて、今回のコラムでは、「フォトロン流夏休みの自由研究」と題して、2007年の掲載して大好評だった「ボールってどのようにはずんでいるんだろう?」の続編として「ボールを上下に2個並べて落としたらどうなるか?」と「ウレタンマットにボールを叩きつけたらどうなるか?」を撮影してみました。
10,000分の1秒という超スローモーションの世界でのボールの動きを是非見て下さいね!今までに見たことの無い動きが見えるはずですよ。

【使用したボールの種類】

・軟球、テニスボール、ソフトボール、ゴルフボール、ピンポン玉、スーパーボール、プラスチックボール

【撮影に使用した高速度カメラ(ハイスピードカメラ)の機種】

FASTCAM SA-X
(家庭用ビデオカメラの数百倍〜数万倍の速さで撮影可能な特殊カメラです!!)


実験1

撮影開始

〜高さ1mからボールを上下に2個並べて落としてみました〜

さて、上下に2個ボールを並べるとどんな跳ね返り方をするのでしょうか。スーパーボールが面白い動きを見せてくれそうですね。

撮影した動画(超スローモーション映像)

〜下記のように落としてみました〜

軟球とテニスボールの組み合わせ

スーパーボールと軟球・テニスボールの組み合わせ

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観察の結果

【軟球とテニスボールの組み合わせ】
硬さの違いにより動きに違いが出ました。軟球よりも柔らかいテニスボールが上になった場合、下になった軟球からの押し上げる力と、軟球にめり込んだテニスボール自身が形状を戻そうとする力の相乗効果で、テニスボースは勢いよく上に跳ね返りました。逆に、テニスボールが下の場合はそれが上下逆方向には働いたのか、軟球はあまり跳ね返りませんでした。
【スーパーボールと軟球・テニスボールの組み合わせ】
スーパーボールが上に場合、軟球でもテニスボールでもスーパーボールが勢いよく上に跳ね返り、あまり動きに違いはありません。しかし、スーパーボールが下になった場合、大きさ・重さ・弾力の違いからか、上方向に跳ね返る軟球に対して、スーパーボールが複数回跳ね当たっている様子が見れるかと思います。スーパーボール、さすがの弾力ですね。

実験2

撮影開始

〜高さ1mからウレタンマットにボールを叩きつけてみました〜

さて、今度は緩衝材であるウレタンマットにボールを叩きつけていました。それぞれどんなめり込み方をするのでしょうね。

撮影した動画(超スローモーション映像)

〜下記のように落としてみました〜

軟球/テニスボール/
プラスチックボール

ゴルフボール/ピンポン玉/
スーパーボール

ソフトボール/軟球

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観察の結果

【サイズがほぼ同じで重さが違う場合】
「軟球・テニスボール・プラスチックボール」ではプラスチックボールだけが極端に軽く、「ゴルフボール・ピンポン玉・スーパーボール」ではピンポン玉だけが極端に軽いです。衝撃力は質量・速度・距離の要素が関係しており、速度・距離がほぼ同じということで、質量(重さ)が衝撃の大きさの差になったようです。
【重さがほぼ同じで大きさが違う場合】
「ソフトボール・軟球」では、質量・速度・距離ともにほぼ同じですが、ボールのサイズが1.5倍ほど違います。そのため、ソフトボールの方がウレタンマットに接する表面積が大きくなることで衝撃が分散され、めり込む力や跳ね返る力が鈍ったようです。

いかがでしたか?普段身近な存在のものでも、高速度カメラで撮影し超スローモーション映像で観察してみると、違った世界が見えてきたのではないでしょうか。夏休みの自由研究の参考になればうれしいです。
今後も身近に起きている現象を撮影して、超スローモーションで皆さんにお見せしていこうと企画しています。
次回をお楽しみにしてください。

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