【ゆっくり解説】この後◯◯…複雑で規則的な波「ペンデュラムウェーブ」

【ゆっくり解説】この後◯◯…複雑で規則的な波「ペンデュラムウェーブ」

ペンデュラムウェブフリコが作り出すこの ウェブをあなたは見たことがあるだろうか 何これすごいこの波がペンデュラムウェブ だなんとも不思議ね波長の異なる振り子 たちが見せる絶妙な波の動きとなっている 天才の所要だわさらにこの原理現代では 絶対に欠かすことのできないものすごく 重要な技術になっているんだそれは地球の パワーを無効にする最重要システムとして 存在しているぞそれでは今回は ペンデュラムウェイブの秘密パワー無効化 装置同調質量ダンパー以上について解説し ていく ぞなあ霊夢どうしたの魔理沙今日は1度見 たらやつになる不思議な現象について紹介 していこうと思うぞ1度見たらやみつき 何か中毒性のあるアイテムなのかしら 危ないものじゃないから安心してくれ今回 紹介したいのはペンデュラムウェイブだ ペンデュラムウェイブ絶妙に噛みそうな 言葉ね初めて聞いたわ一体どんなものなの かしらよしまずはペンデュラムウェイブの 動きを見てみようまずは長さの違う振り子 を用意する 12315個ね一体何が起こるのかしらそ したらこの振り子を慎重に持ち上げて一気 に話すおおお波のようにゆらめいてるわ 面白いのはここからだ最初は一本の線の ように見えた振り子たちが徐々に時間が 経つとだんだんバラバラになってきて今度 はどんな状態になるだろうかお今度は4本 の線に見えてきたわあれでもすぐにまた バラバラになって今度は3本の線になった わ面白いだろうそして次は2本の線になる こんな風にただ振り子の紐の長さが違う だけでこんなにも面白い現象が見られるん だそしてこの振り子の運動を使った現象実 は私たちの身の回りで密かに大活躍して いるんだえこの振り子そんなに重要な アイテムなのそうなんだ巨大自身が来た時 の備えや私たちが普段乗るある乗り物にも 使われているんだぞえ何それ気になり すぎる詳しく教えて魔理沙もちろんだそれ では今回はペンデュラムウェイブについて 紹介していくぞよろしくお願いするわさて まずはペンデュラムウェイブの仕組みに ついて解説していこうペンデュラム ウェイブというアイテムは複数の振り子を 長さ違いで並べて一斉に揺らすとすごく 不思議な波みたいなパターンが現れる アイテムだだんだんと変わる振子の パターンに思わず引き込まれちゃうわね そうだろうここでクイズだ振り子が1往復 する周期は何で決まるか知っているか もちろん知っているわよ振り子の長さに よって決まるのよねご名とださすがだな それじゃあ最初に振り子を同じ位置から 話したのにだんだんとずれていく理由は 分かるかなそれぞれ振り子の長さが違う から周期も違うってことよねいい感じだな だから時間が経つと振り子同士の位置が ずれていって波みたいになるって感じ かしらその通りだぞちなみに綺麗な波の パターンを作るには振り子の長さを ちゃんと選ぶのが大事なんださらに振り子 の数も最適にして最初の角度も正確じゃ ないとダメなんだぜなるほどそこまでする ことでここまで美しい波ができるのね 面白いわねそうだろうこのように振り子の 周期の違いを使えば服複雑で美しい パターンが簡単に作れるようになるんだ ところで魔理沙ちょっと気になったんだ けどそもそも振り子の動きってどういう 原理で決まるのかしらおもっと原理につい て詳しく知りたいなんて霊夢は勉強熱心だ な私を舐めないで欲しいわまずさっき霊夢 が言ってくれたように振り子の周期つまり 1往復するまでの時間は振り子の長さで 決まる振り子の長さLと重力加速度Gを 使って振子の周期TはT=2√Lって式で 表せるんだ今回は流さLが違うことで周期 も変わるからいろんなパターンができるの ねそういうことだなもう少し詳しく言うと 長い振り子だと周期が長くて短いと周期が 短いんだがこのペンデュラムウェーブは 手前に1番長い振り子があって奥に行くに 連れだんだんと短くなっていくそしてこれ らは1分後に何往復するかが決められて いるふむふむさっきこのペンデュラム ウェイブを作るには結構厳密に長さを 決める必要があるって言ってたものねそう なんだ例えば1番長い振り子は1分間に 50往復するようにそして2番目は51 往復するように少しずつ周期をずらして いってある特定の時間にまた成立する形で 厳密に設計しているってことだなへえ意外 と作るのも時間がかかりそうねそうだな 振り子の動きは空気抵抗とか紐を止めて いる部分の摩擦とかの影響も受けるから 完全に周期通りにはならないんだなるほど 色々条件があるのねでも要は違う周期の 振り子を使えばもっと複雑で面白い動きが 作れるってことよねその通りだぞ理論が 分かれば細かく制御したり設計したり できるから夏休みの自由研究などにも役に 立ちそうだなまさに無限の可能性がある アイテムだ本当ね候補の1つに入れておく わでも自由研究の工作の他にこれを上手に 調整して綺麗な波のパターンを作り出して アート作品とかもできちゃいそうね実際に ペンデュラムウェイブを応用したアート 作品もあるんだぜ例えばスイスのアート 作品ペンデュラムクワイヤでは18人の パフォーマーが振り子になって合唱し ながら揺れ動くんだえ人間が振り子になる のそれって危なくない心配ゴ無用だ専用の ハーネスで安全対策はばっちりだそして この作品では書パフォーマーの振り子の長 さが違うため体の動きや声の響きがずれて いくんだまさにペンデュラムウェイブの 人間版ってわけだなかなかシュールな作品 ね急に見せられたらちょっと怖いくらいね でも人の動きと声に反応してペンデュラム ウェイブの原理を応用して動くなんて すごいわね芸術と科学の融合って感じで すごく面白いわそうだろうその他にも学家 が手がけたペンデュラムミュージックって いう作品もあるんだこれは複数のマイクを スピーカーの上で振り込みたいに揺らして その反響で音を生み出すんだマイクを 振り子にするなんてすごく斬新ね振り子の 動きで音楽を奏でるなんてまるで魔法 みたいだわそうだよな振り子の周期のずれ から生まれる音の組み合わせが不思議な 音楽になるなんてまさに物理の法則が 生み出すアートって感じだな物理と芸術の 組み合わせって本当に無限の可能性を秘め てるのねペンデュラムウェイブも振り子と いう単純な動からこんなに多彩な表現が 生まれるなんて驚きだわペンデュラム ウェイブみたいなアイテムは見た目の美し さだけじゃなくて背後にある物理法則の 精妙さや不変性を感じさせるんだだから こそアートとしても強い印象を与えるんだ ぜ確かにねペンデュラムウェイブを見て いると自然界の摂理みたいなものを感じる わ規則的なようでいてちょっとしたずれが 生み出す複雑さと美しさそこに宇宙の心理 を買いまみる気がするわねおいいこと言う な霊夢物理学ってそういう自然界の根本 原理を解き明かす学問だからな ペンデュラムウェイブもその1つの現れと いうことだなところで魔理沙私突然気に なっちゃったんだけど振り子運動の周期を 決める式には重力のGが入ってたわよね もし宇宙みたいな無重力の環境や月の上 みたいな重力が弱い場所に行ったら ペンデュラムウェイブはどうなっちゃうの かしらおいい質問だな霊夢は無重力空間で 振り子を話すとどのように動くと思ううん ゆっくりと動くとかかしらよしそれじゃあ 実験してみようこれは日本の宇宙飛行士は さんが国際宇宙ステーションで実験した 動画だここでは小さな振り子じゃなくて 剣玉だがこれを最初の位置から話すとあら 手を離してもその位置から動かないわ無 重力状態では振り子は動かないのねそうな んだそしてさらに振り子に力を加えると どうなるだろうかお今度はぐるっと1回転 したわ面白いこれは無重力空間では最初に 与えた力がずっと働き続ける完成の法則が 働くからだなそうなのねということは宇宙 ステーションでは振り子計とかは使使え ないのね1つだけ使う方法があるぞフリコ 時計を脱水液のように回転する容器に入れ て延伸力を発生させるんだこれで疑似的に 重力を作り出して振り子運動をさせること ができるんだぞへえ遠心力で振り子を 動かすなんて面白いアイデアねもちろん その時は回転速度を正確に保たないと時計 の進み方が狂っちゃうけどなそうなのね そういえば月の上みたいな重力が弱い場所 では振り子時計はちゃんと動くのかしら月 の重力は地球の1/6なのよねそうだな月 の上では重力が弱いから地球上よりも ゆっくりと動くんだだから月面では振り子 の長さを短くするなどの調整をすれば 振り子時計は一応ちゃんと使えるんだ なるほど調整すれば月面でも振り子時計が 使えるのね面白いわそうだろう重力と 振り子の関係を通して宇宙のことがもっと 理解できるようになるよなさらに振り子の 運動は回転運動に限らず波の干渉とか強心 現象とかいろんな周期的な現象と繋がりが あるんだぞふむふむ周期現象って自然界に いっぱいあるものね潮の道引きとか季節の 移り変わりとかねそうだなそういう自然の 周期現象も振子の運動と似た数式で表せる んだつまり振子運動の理解は自然界の様々 なリズムを理解することにつながるんだ さらにこの振子運動巨大地震が来た時の 備えやある乗り物にも使われているんだ 乗り物巨大地震気になってしょうがないわ 振子の意外な活用霊絶対に見逃さないで くれよな ここまでペンデュラムウェイブとフコ運動 について解説してきたがその内容は理解し てくれたかもちろんよペンデュラム ウェイブは長さの異なる複数の振り子を 並べて同時に話すと美しい波上のパターン が生まれる現象のことよねさらに振り子の 周期は長さと重力加速度で決まっていて長 さのずれによって複雑なパターンができる のよねだからこんな綺麗な波を生み出すに はそれぞれの振り子の周期を調整するのが すごく大事なのよねよしよしばっちりだな それじゃあ後半では自身の備えや私たちが 普段乗る乗り物に使われている振り子に ついて解説していくぞよろしくお願いする わまず1つ目の巨大地震への備えに使わ れる振り子だが実は超高層ビルの屋上に 巨大振り子を設置してるって知ってるかえ 超高層ビルと巨大振り子何それ実はこの 巨大振り子のおかげで長州機地震動の揺れ を半分くらいに抑えられるんだ長州機地震 長周期地震とは周期が数秒から数十秒と 比較的長い地震のことだなマチドの大きな 巨大地震の際に発生することが多いんだ 特に高層ビルなどの大きな構造物では地震 の揺れが増幅されて大きな揺れを 引き起こすため建物の安全性を脅かす危険 な地震とも言われている揺れがさらに 大きくなりやすい地震そういうのがあるの ねそうなんだ巨大振り子を使えばビルの 耐震性能が上がって自身のダメージを最小 限に抑えられるってことだなこの巨大 振り子を用いた仕組みを同調質量ダンパー と言うんだこれは建物に合わせて振子の 周期を調整することで建物の固有振動周期 とずらすことができる仕組みだ固有振動 周期とずらす一体どういうことかしらまず 徴収機地震によってビルが揺れるとビルの 上の方ほど大きく揺れ動くよなこれはビル が大きな振り子のように振る舞うからだ ふむふむ確かに高い建物の上はゆっくりと 動くイメージがあるわそうだろうここで ビルの固有周期つまりビルが揺れやすい 周期と自身の周期が近いと強心と呼ばれる 現象が起きてさらに揺れが大きくなりビル が倒壊する危険が高まってしまうだ強心 メトロノーム同期現象で出てきた現象ねお よく覚えていてくれたなそしてここで登場 するのが同調質量ダンパーだこれはビルの 最上部に巨大な重りを吊して振り子にした ものだそして最大のポイントは重りの周期 がビルの固有周期と同じに設定されてい るってことだ同じに設定されているとどう なるのかしら同じだったらさらに強心し ちゃいそうじゃないいや実はこの重りは ビルとは逆方向に動くようになっているん だ詳しく説明していこうまず自信が来てが 揺れ始めると重も一緒に揺れ始めるそして 重はビルとは逆方向に揺れるようになって いるつまりビルが右に揺れると重は左に ビルが左に揺れると重は右に揺れ動くんだ おこれならなんか揺れを防げそうそうなん だこの重りつき振り子の運動がビルの揺れ を打ち消す働きをするビルが右に揺れる力 を受けると重が左に揺れることでその力を 相殺するこれによってビル全体の揺れが 小さくなり東海の危険性が減るということ だビルの運動とは逆の方向に振り子を 動かして揺れを相殺するこれで耐震性を 高めているのねシンプルだけどすごい画期 的な技術ねそうだろうしかも振り子の質量 が大きいほどその制御効果も高くなるんだ だから超高層ビルだと100t以上の巨大 な振り子を使うことだってあるんだぞ 100Tクレーンとかを使わないと設置 できなそうねでもそこまでして建物を 守ろうとする技術は本当にすごいわ実際 東日本大震祭の時にフリコダンパーを設置 していた建物は被害が警備だったらしいぞ ふむふむ自信大国の日本だからこそそう いう技術が発展してきたのかもねそうだな フリコダンパーのアイデアは元々は欧米で 生まれたんだ1970年代にアメリカの 11階建ての超高層ビルであるシアーズ タワーに初めて導入されたと言われている ぞそうなのね日本の技術者たちはその アイデアをさらに発展させてきたってこと なのねそういうことだな日本は世界有数の 地震国だから建築物の耐震技術にはかなり 力を入れているよなこの同調出場ダンパー も日本の技術者たちは改良を重ねて今の 安全な生活に役立っているんだ日本の建築 技術の高さを感じるわね安全安心な建物を 作るために自然の脅威に立ち向かう知恵と 努力そこには理系の知識も生きているのね その通りだな建物の揺れはバネの伸び縮み みたいな単身動に似ているんだだから 振り子の原理を応用してこのような ダンパーの設計ができるんだぞ振り子の 原理が色々な建物の耐震設計に役立って いるのね物理学の知識はこんなところでも 社会に貢献してるのねそういうことだな 数式は自然界の言葉だからな数式を使い こなせば世界のいろんな現象に 立ち向かえるんだぞさすがマ理沙だわ 振り子を使って自然現象に立ち向かって いくわよ次は何と対面するか楽しみだな ちなみに巨大振り子と似たアイテムに風港 の振り子があるんだがこれは聞いたこと あるか風港の振子初めて聞いたわこれは 地球の時点を証明する実験装置なんだぞ 重力と完成の力で一定の平面を揺れ続ける んだへえこの振子を使えばの時点が目で見 てわかるってこと一体どういう仕組みなの かしら順番に解説していくぞ風港の振り子 は長い糸に重りを吊して振り子を作りその 振り子の揺れる向きの変化から地球の時点 を確かめる実験装置のことだまず振り子を 揺らし始めると振り子は同じ向きに揺れ 続けようとするうんうんさっき話に出てた 完成の法則よねしっかり覚えててくれて 嬉しいぞここで重要なのは振子を吊した 地点ここは地球の時点に伴って振り子の下 の地面が少しずつ回転していることだ普段 はあんまり感じないけど地球は1日で1 回転しているものねそうだぞ最初振り子は 地面に対して一定の向きに揺れているが 時間と共に振り子の下の地面が時点で動く ため振り子の揺れる向きが変わっている ように見えるってことだそうなのねでも どうしてこんなに大きな振り子なのかしら 実はこの大きさにも理由があるんだ空気 抵抗の影響を小さくするために重くて太い 振り子を使うんだそうだったのねちなみに 北半球と南半球では振り子の動きが違うん だ例ええば北半球では振子は時計周りに 向きを変えていく一方南半球では反時計 周りに変化するんだこれは地球の時点に よって発生するコオの力というものが北 半球と南半球で逆になるためだなコオの力 の説明はかなり長い説明になるからこの 動画では説明しないが歩く立法対急ブりの 動画にも出てくるから是非そっちも見て くれよなつまり振り子自身は完成で 真っすぐ揺れ続けようとしているのにその 下の地面が地球の時点で動くから振り子の 揺れ向きが変わって見えるってわけねそう だぞこの向きの変化を観察することによっ て私たちは地球の時点を目で見ることが できるってわけだ面白いわ今度見に行って みようとそしたら最後に私たちが普段乗っ ている電車に関連する振り子振り子式車両 について説明していくぞこれは振り子の 動きで車体の傾きを調節してカーブを高速 で曲がれるようにする仕組みのことだほほ この振り子式車両を使えばカーブでも スピードを上げられて乗客も快適に過ごせ るってことねそういうことだな実際には キハ281系のスーパー北斗とか351系 のスーパーアサ383系のワイドビュー シナノなんかで使われてるぞカーブの大い 路線でも高速で走れるから運行時間も短く なるんださらに乗客も振動や揺れが少なく て快適に過ごせるようになるんだぞ メリットだらけねでもどのように振り子が 活用されているのかしら振り子式車両の ポイントは車体に取り付けた振り子の動き を利用することだ電車がカーブに 差し掛かると延伸力で外側に触れようと する振り子の動きを利用して車体を内側に 傾ける仕組みだふむふむカーブの外側に 触れるフリコの力を使って車体を内側に 傾けるのねそうだぞそうすれば延伸力が 抑えられてスピードを落とさずにカーブを 曲がれるんだしかも傾けた車体でお客さん が乗るスペースの床面を水平に保てるから 乗客は快適なまま高速走行を楽しめ るってわけだそうなのね振り子の原理を 使った仕組みで乗り心地と速度を両立させ てるってことねその通りだ振り子式車両は 単にカーブを早く曲がれるだけじゃなくて 乗客の快適性も高められるっていう優れ物 のシステムなんだぞ科学の力で鉄道の旅を もっと快適にしているのね乗客目線に立っ た技術開発素晴らしいわね本当にそうだな この振り子式車両もこれからもっと改良が 進んで高速化と快適性が向上していく だろうななんだか乗ってみたくなったわ次 の旅行はぜひ振り子式車両で行きたいわね 是非そうしてくれきっと振り子の不思議な 力を体感できるはずだぞところで振り子式 車両の歴史ってどのくらい古いのかしら 振り子式車両の原型は1930年代に イタリアで開発されたペンドリーノって 車両だな当時から車体を傾ける気候を使っ てたらしいぞ意外と古くからあるのね日本 に導入されたのはいつ頃なのかしら日本で 最初の振り子式車両は1970年代に登場 した381系だなちなみにこの仕組み始め は振子式って呼ばれてたんだそして実は 振り子式と振り子式は読み方は一緒だが 車体を傾ける気候が少し違うんだ振り子式 は油圧シリンダーを使うんだけど振り子式 は文字通り振り子を使う構造だへえだから 名前が変わったのねでもどっちも車体を 傾けるってことでは同じ仕組みなのねそう いうことだな後から開発された振り子式の 方が正予性に優れてるから最近の車両は ほとんどこっちの気候が採用されているぞ ほう技術の進歩って本当にすごいわね昔 からあるアイデアも時代と共に洗練されて いくなんてそうだな技術は古い知恵を 引き継ぎながら新しい時代の要請に答えて いくんだ振り子式車両もその1つの例だな 鉄道の歴史は科学技術の歴史でもあるのね 人々の暮らしを豊かにする知恵の決勝って 感じねその通りだな科学の力で人々の移動 をもっと快適で効率的にするそれが鉄道 技術の目指すところだからな振り子式車両 もそういう理想を追求した結果なのね乗客 のことを思う技術者たちの心意を感じるわ そうだな是非霊夢も振り子を使った新しい 技術を発明していってくれよなそれでは 今日の解説はここでおしまい今日もとても 勉強になりましたよかったらチャンネル 登録とやって欲しい題材があればどしどし コメントくれよなご視聴ありがとうござい ました [音楽]

まさかこんなことに使われているとは…

動画出典：
・ずっと見ていられる振り子！「ペンデュラムウェーブ」【静岡科学館る・く・る】

・Pendulum Waves – YouTube

・Pendulum Wave Toy

・Pendulum Waves