(57)【要約】      （修正有）【課題】ペットボトルロケットの空気抵抗を10%の誤差で計測できる計測装置を提供する。【解決手段】落下開始時刻は被計測物４の把持を電磁力により行うことにより，把持面と被計測物は離れた瞬間にLED回路が断するような接点を使用することによりLED電気回路を瞬時に消灯させ、ハイスピ−ドカメラ３で記録する。着地時刻は被計測物４をハイスピ−ドカメラ３で記録する。またLED照明２を被計測物４の着地付近に設置しておくことにより一台のハイスピ−ドカメラ３によりLEDの消灯時刻と被計測物４の着地時刻を取得できるので落下時間を正確に計測できる。【選択図】図１
2018091752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物を把持するための電磁コイル，被計測物の落下開始を表示するためのLED，被計測物の落下によりLED電気回路を断するための接点機構，ハイスピ−ドカメラより構成された落下時間を正確に得るための装置
【請求項２】
被計測物を把持するための電磁コイル，被計測物の落下開始を表示するためのLED，被計測物の落下によりLED電気回路を断するための接点機構，ハイスピ−ドカメラより構成された落下時間を正確に得るための方法
【請求項３】
被計測物を把持するための電磁コイル，被計測物の落下開始を表示するためのLED，被計測物の落下によりLED電気回路を断するための接点機構，ハイスピ−ドカメラより構成され，落下開始時刻の誤差を把握するための装置
【請求項４】
被計測物を把持するための電磁コイル，被計測物の落下開始を表示するためのLED，被計測物の落下によりLED電気回路を断するための接点機構，ハイスピ−ドカメラより構成され，落下開始時刻の誤差を把握するための方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ペットボトルロケットの空気抵抗の計測に関する分野
【背景技術】
【０００２】
空気抵抗の計測は風洞による方法と自由落下による方法とがある。風洞による方法は自動車，列車や飛行機の研究所で大規模に行われているが，設備費が大である欠点がある。一方，落下による方法は，1,000 m程度の高空から落下させ落下時間を計測する方法が一般的である。落下距離が小さいときには落下時間を高精度に計測しなければばらないからである。4階から5階のビルの屋上から落下させて空気抵抗が計測できれば大変便利でありそのような空気抵抗の計測方法の開発が要請されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000‐271352  水ロケット
【特許文献２】特開2006‐184133  落下試験機及び落下試験方法
【特許文献３】特開2008‐076225  空気抵抗測定方法及び空気抵抗測定装置
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
学生の自由研究などにおいてペットボトルロケットなどの空気抵抗を簡単に計測したいという要請は強い。空気抵抗を計測するには，風洞設備を使用する方法と被計測物を落下させて計測する方法がある。風洞による方法は風洞の設備が自動車・列車・飛行機などの研究所に限定されており使用料も高額で学生などの自由研究に容易に活用できない。一方，被計測物を落下させて空気抵抗を計測する方法についても問題がないわけではない。表1は空気抵抗のある場合の落下所要時間と空気抵抗がない場合の落下所要時間の差を示している。落下所要時間は，当然，落下距離と空気抵抗係数により異なるが，ペットボトルロケットの空気抵抗係数ＣＤを0.3と仮定すると，落下距離1,000 mの時の落下所要時間差は15.5 s，落下距離100 mの時の落下所要時間差は0.65 s，落下距離16 mの時の落下所要時間差は0.03 sである。従来は，落下所要時間の計測精度の関係で1,000 m程度の高所から落下させる方法がとられていた。4階から5階の屋上（十数m）から被計測物を落下させて空気抵抗を計測できれば誰でもいつでも空気抵抗の計測をできるようになるはずである。この場合は，図１５に示す表からわかるように落下所要時間差0.03 sの10分の1の精度（約0.003 s）で落下所要時間を計測しなければならないことが容易にわかる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では，ペットボトルロケットを電磁力で把持する方法をとった。電磁石は，直径約12 mmの鉄棒の周りに0.5 mmのエナメル線を1000回巻いたものである。この鉄棒の下端とペットボトルロケットの上端部に貼り付けらた鉄板が接するようになっており，コイルに電流が通じているときには，電磁力はペットボトルロケットの重力に打ち勝ち落下しないが，コイルの電流が断されるとペットボトルロケットの重力を支えきれなくなりペットボトルロケットは落下を開始する。LEDの電気回路は上記の鉄棒とペットボトルロケットの上部の鉄板を経由し，更にその鉄板からド−ナツ状の銅板を経由するようになっている。このような構成をしているので落下開始と同時に鉄棒の下端とペットボトルロケット上の鉄板は離れるのでLED回路は断する。LEDの点滅は白熱灯や蛍光灯に比較して高速に反応するのでLEDの点滅をハイスピ−ドカメラで監視すればペットボトルロケットの落下時刻を精度よく得ることができる。ペットボトルロケットの地上到達時刻は，ペットボトルロケットの落下速度が速いのでハイスピ−ドカメラで精度よく得ることができる。LEDをペットボトルロケットの地上着地付近に置くことによりLEDの点滅とペットボトルロケットの着地を1台のハイスピ−ドカメラで観察できる。ハイスピ−ドカメラのフレ−ムレ−トを1200分の1にすると，落下時刻の精度及び着地時刻の精度を各々1200分の1程度にすることができるようになった。電磁石，LED，ハイスピ−ドカメラの使用により4階から5階の屋上から被計測物を落下させることにより空気抵抗を誤差10%程度で計測可能となった。
【発明の効果】
【０００６】
以下の効果が期待できる。
1.       4階から5階の屋上から被計測物を落下させることによって空気抵抗を計測できるようになった。このような環境はいくらでも周辺にあり誰でも空気抵抗の計測ができるようになった。
2.       計測装置はハイスピ−ドカメラを除き精密機械はなく容易に製作できる。
3.       計測装置は高価ではなく学生の自由研究でも適用できるようになった。
4.       ペットボトルロケットの飛行解析には空気抵抗の情報は必須でありペットボトルロケットの解析に有用となった。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図1は本発明の全体図
【図２】計測装置本体部の上面図
【図３】電磁コイル部の詳細
【図４】ペットボトルロケットの上端部の詳細
【図５】LED回路のスイッチング部
【図６】電極下端とペットボトルロケット上部が接してペットボトルロケットが把持された状態を示しLED回路は閉じた状態である。
【図７】電極下端とペットボトルロケット上部が切り離されて落下開始した状態を示しLED回路は断された状態である。
【図８】落下開始時の計測誤差を得るための方法を示す。
【図９】落下距離と空気抵抗による損失時間の関係を示す。
【図１０】空気抵抗計測の手順とカメラ画像で落下開始時刻と地上着地時刻を得る方法を流れ図で示す。
【図１１】落下開始時の補正値を得るための処理を示す。
【図１２】LED消灯が実落下より先行する場合を示す。
【図１３】LED消灯が実落下より遅れる場合を示す。
【図１４】落下所要時間と抗力係数ＣＤの関係を理論式から作成したグラフを示す（落下距離１４．８３Ｍ、気温２５℃の場合）。
【図１５】空気抵抗がある場合の落下所要時間と空気抵抗がない場合の落下所要時間の差を示す。これらの値は空気抵抗係数や落下距離により大きく異なる。
【実施例１】
【０００８】
図1は本発明の1実施例であって，1は計測装置本体部，2はLED照明，3はハイスピ−ドカメラ，4は被計測物であるペットボトルロケット，5はバッテリ−，6は電磁コイル，7はLED電気回路接点部，8は電磁コイル用スイッチである。LED 2はペットボトルロケットの着地点付近に置いてあり，12はハイスピ−ドカメラ3の撮影視野を示しており，LED 2とペットボトルロケット4の着地の画像を取得できるようになっている。
【０００９】
電磁コイル6に通電されるとその中心を貫通している鉄製丸棒9は磁化される。丸棒の下端は平坦でペットボトルロケット4の最上部に取り付けられている鉄板に接しているので，磁力でペットボトルロケット4の重力を支えるような構造となっている。電磁コイル6の電気回路のスイッチ8を操作しコイルに電流が流れなくすると鉄製丸棒9の電磁力は弱くなりペットボトルロケット4の重力を支えきれなくなりペットボトルロケット4は落下し始める。LED 2の電気回路は鉄製丸棒9とロケット4の上面が接しているときにのみ通電するように仕組まれている。ペットボトルロケット4の落下と同時にLED 2の電流が断されるのでLED 2は消灯する。ハイスピ−ドカメラ3は，LED 2とペットボトルロケット4の着地地点を含むように視野12を調整してある。このようであるので，ハイスピ−ドカメラの画像を解析することによってペットボトルロケット4の落下開始時刻と地上着地時刻を取得できるのでペットボトルロケット4の落下所要時間を得ることができ空気抵抗係数の大きさを得ることが可能となった。
【００１０】
図2は計測装置本体部1の上面図である。バッテリ−5と電磁コイル6はスイッチ8，抵抗11を経由して電気的に接続されている。15，16は構造体を支える部材である。
バッテリ−5とLED 2は鉄棒9，LED電気回路接点7等を経由して接続されている。メインスイッチ10はすべての回路を断するためのものである。ランプ14は，LED 2と並列して接続されている。LED 2とランプ14の点滅は同期しており，計測機本体1を操作する者が地上のLED 2を見ることができないので操作の便のために設けたものである。
【００１１】
LED電気回路接点7はペットボトルロケット4の落下開始によって断するのでLED 2はペットボトルロケットの断によって消灯する。
図3は電磁コイル6周辺の詳細を示している。鉄棒9はコイル6の中心部を貫通している。コイル6は部材15に固定されており鉄棒9の下端部にはスイッチ7が取り付けられている。
図4はペットボトルロケット4の上方部分の構造の一例である。4-1はペットボトルロケットの本体であるペットボトルの口部付近の形状を示している。4-2はペットボトルのキャップで，その上面部に円盤状の鉄板4-3が貼り付けてある。
【００１２】
図5はスイッチ7の詳細を示している。鉄棒9の下端部はボルトの頭部でありスペ−サ7-2を下方を支えている。鉄棒9の下端部は絶縁体で製作されたカバー7-1の内部にあり，カバ−7-1の下端部には銅板7-4が貼り付けてある。カバ−7-1及び銅板7-4が落下し過ぎないようにスペ−サ7-3がカバ−7-1の内部に設けてある。
図6は鉄棒9と鉄板4-3間の電磁力によってペットボトルロケットを支えている状態を示している。鉄棒の上端にはLED電気回路の一端が接続されている。また銅板7-4にはLED電気回路の他端が接続されている。鉄棒9の下端部と銅板7-4は絶縁されているが，鉄棒9と鉄板4-3が接触していると，鉄棒9の頭部，鉄板4-3，銅板7-4の順に電流が流れるようになっておりLEDは点灯した状態を示す。
図7はペットボトルロケットが落下を開始した直後の状態を示す。鉄棒9の頭部と鉄板4-3は非接触になると同時に鉄棒9と銅板7-4間は絶縁状態となりLEDの電気回路は断することを示している。
【００１３】
図8はペットボトルロケット4が落下開始した時にLEDが消灯するが，落下開始時刻とLEDの消灯時刻の時間差を得るための方法を示す。ペットボトルロケットの表面には落下距離をハイスピ−ドカメラで認識できるようにメモリを表示してある。計測装置本体1やLED 2はそのままここでも使用する。ハイスピ−ドカメラ3の視野18は図8に示すように，メモリの下方部とLEDを含むように調整してある。図9にペットボトルロケット4の落下距離
2018091752.tif 000003
と落下時刻
2018091752.tif 000004
について示してある。
LEDが断したハイスピ−ドカメラの時刻とペットボトルロケットが
2018091752.tif 000005
だけ落下した時のカメラ時刻をハイスピードカメラ画像から取得する。この間の時間差を
2018091752.tif 000006
とする。落下と同時にLEDが消灯したとすればニュ−トンの落下の公式から得られる時間
2018091752.tif 000007
と一致するはずである。
Δｔ１＝SQRT((２ｙ/1000)/g)                         ……（１）
ただし，
2018091752.tif 000008
，
2018091752.tif 000009
【００１４】
種々の誤差が集積されて，
2018091752.tif 000010
と
2018091752.tif 000011
の値は一致しない。これらの実験結果によれば，その差は0.001 s前後であった。この差を補正データとして使うこともできるし，小さいので無視することもできる。
図10は本発明の装置を使用して空気抵抗係数を得るための手順の一例を示している。ペットボトルロケットの落下処理の手順と取得したハイスピ−ドカメラの解析手順である。
図11は落下開始時の誤差を取得する場合の手順の一例を流れ図で示す。図12はLED消灯が実際の落下開始より早い場合の時間差を示す。図12は逆にLED消灯が実際の落下開始より遅い場合の時間差を示す。これらの時間差は装置の構造により決まるものでありその都度実験で確認する必要があるであろう。
【００１５】
落下所要期間が得られると空気抵抗係数は理論的な解析結果との比較により得られる。
ペットボトルロケットの落下は次の微分方程式で表せる。
md2y／dt2＝mg−kv2                    ……（２）
ただし，
2018091752.tif 000012
，
2018091752.tif 000013
，
2018091752.tif 000014
，
2018091752.tif 000015
，
2018091752.tif 000016
，
2018091752.tif 000017
この微分方程式は変数分離法で容易に解けその結果を次式に示す。
ｙ＝(m/k)ln(cosh(t/SQRT(m/(gk))))        ……（３）
t＝SQRT(m/gk)cosh-1(e(hk/m))               ……（４）
空気抵抗を示す定数
2018091752.tif 000018
の代わりに，一般に無次元化した次式に示す抗力係数
2018091752.tif 000019
が使われる。
CD＝2k／（ρs）                      ……（５）
ただし，
2018091752.tif 000020
，
2018091752.tif 000021
(4)式は定数kについて陰関数であり計算で直接処理できないので(4)式(5)式を使って，
2018091752.tif 000022
と
2018091752.tif 000023
に関する図表を作成する。その一例を図13に示す。
【００１６】
この図表は落下距離や気温毎に作成する必要がある（空気密度
2018091752.tif 000024
が時間により変わるので気温を考慮必要）。もちろん，ペットボトルロケットが異なる場合には，ペットボトルロケットの条件も考慮する必要があるが，
2018091752.tif 000025
を使用するときには，無次元化されているので共通して使用できるメリットがある。
気温や落下距離を考慮したこのような図表を使えば，落下距離と落下時間を正確に計測できれば抗力係数
2018091752.tif 000026
が容易に推定できることが理解できるであろう。
【符号の説明】
【００１７】
1 …… 計測機本体部
2 …… LED照明
3 …… ハイスピ−ドカメラ
4 …… 被計測物
5 …… バッテリ−
6 …… 電磁コイル
7 …… LED電気回路接点部
8 …… 電磁コイル用スイッチ
【図１】
2018091752.tif 000027
【図２】
2018091752.tif 000028
【図３】
2018091752.tif 000029
【図４】
2018091752.tif 000030
【図５】
2018091752.tif 000031
【図６】
2018091752.tif 000032
【図７】
2018091752.tif 000033
【図８】
2018091752.tif 000034
【図９】
2018091752.tif 000035
【図１０】
2018091752.tif 000036
【図１１】
2018091752.tif 000037
【図１２】
2018091752.tif 000038
【図１３】
2018091752.tif 000039
【図１４】
2018091752.tif 000040
【図１５】
2018091752.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月9日(2017.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ペットボトルロケットの空気抵抗の計測に関する分野
【背景技術】
【０００２】
空気抵抗の計測は風洞による方法と自由落下による方法とがある。風洞による方法は自動車，列車や飛行機の研究所で大規模に行われているが，設備費が大である欠点がある。一方，落下による方法は，1,000 m程度の高空から落下させ落下時間を計測する方法が一般的である。落下距離が小さいときには落下時間を高精度に計測しなければばらないからである。4階から5階のビルの屋上から落下させて空気抵抗が計測できれば大変便利でありそのような空気抵抗の計測方法の開発が要請されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000‐271352  水ロケット
【特許文献２】特開2006‐184133  落下試験機及び落下試験方法
【特許文献３】特開2008‐076225  空気抵抗測定方法及び空気抵抗測定装置
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
学生の自由研究などにおいてペットボトルロケットなどの空気抵抗を簡単に計測したいという要請は強い。空気抵抗を計測するには，風洞設備を使用する方法と被計測物を落下させて計測する方法がある。風洞による方法は風洞の設備が自動車・列車・飛行機などの研究所に限定されており使用料も高額で学生などの自由研究に容易に活用できない。一方，被計測物を落下させて空気抵抗を計測する方法についても問題がないわけではない。表1は空気抵抗のある場合の落下所要時間と空気抵抗がない場合の落下所要時間の差を示している。落下所要時間は，当然，落下距離と空気抵抗係数により異なるが，ペットボトルロケットの空気抵抗係数ＣＤを0.3と仮定すると，落下距離1,000 mの時の落下所要時間差は15.5 s，落下距離100 mの時の落下所要時間差は0.65 s，落下距離16 mの時の落下所要時間差は0.03 sである。従来は，落下所要時間の計測精度の関係で1,000 m程度の高所から落下させる方法がとられていた。4階から5階の屋上（十数m）から被計測物を落下させて空気抵抗を計測できれば誰でもいつでも空気抵抗の計測をできるようになるはずである。この場合は，図１５に示す表からわかるように落下所要時間差0.03 sの10分の1の精度（約0.003 s）で落下所要時間を計測しなければならないことが容易にわかる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では，ペットボトルロケットを電磁力で把持する方法をとった。電磁石は，直径約12 mmの鉄棒の周りに0.5 mmのエナメル線を1000回巻いたものである。この鉄棒の下端とペットボトルロケットの上端部に貼り付けらた鉄板が接するようになっており，コイルに電流が通じているときには，電磁力はペットボトルロケットの重力に打ち勝ち落下しないが，コイルの電流が断されるとペットボトルロケットの重力を支えきれなくなりペットボトルロケットは落下を開始する。LEDの電気回路は上記の鉄棒とペットボトルロケットの上部の鉄板を経由し，更にその鉄板からド−ナツ状の銅板を経由するようになっている。このような構成をしているので落下開始と同時に鉄棒の下端とペットボトルロケット上の鉄板は離れるのでLED回路は断する。LEDの点滅は白熱灯や蛍光灯に比較して高速に反応するのでLEDの点滅をハイスピ−ドカメラで監視すればペットボトルロケットの落下時刻を精度よく得ることができる。ペットボトルロケットの地上到達時刻は，ペットボトルロケットの落下速度が速いのでハイスピ−ドカメラで精度よく得ることができる。LEDをペットボトルロケットの地上着地付近に置くことによりLEDの点滅とペットボトルロケットの着地を1台のハイスピ−ドカメラで観察できる。ハイスピ−ドカメラのフレ−ムレ−トを1200分の1にすると，落下時刻の精度及び着地時刻の精度を各々1200分の1程度にすることができるようになった。電磁石，LED，ハイスピ−ドカメラの使用により4階から5階の屋上から被計測物を落下させることにより空気抵抗を誤差10%程度で計測可能となった。
【発明の効果】
【０００６】
以下の効果が期待できる。
1.       4階から5階の屋上から被計測物を落下させることによって空気抵抗を計測できるようになった。このような環境はいくらでも周辺にあり誰でも空気抵抗の計測ができるようになった。
2.       計測装置はハイスピ−ドカメラを除き精密機械はなく容易に製作できる。
3.       計測装置は高価ではなく学生の自由研究でも適用できるようになった。
4.       ペットボトルロケットの飛行解析には空気抵抗の情報は必須でありペットボトルロケットの解析に有用となった。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図1は本発明の全体図
【図２】計測装置本体部の上面図
【図３】電磁コイル部の詳細
【図４】ペットボトルロケットの上端部の詳細
【図５】LED回路のスイッチング部
【図６】電極下端とペットボトルロケット上部が接してペットボトルロケットが把持された状態を示しLED回路は閉じた状態である。
【図７】電極下端とペットボトルロケット上部が切り離されて落下開始した状態を示しLED回路は断された状態である。
【図８】落下開始時の計測誤差を得るための方法を示す。
【図９】落下距離と空気抵抗による損失時間の関係を示す。
【図１０】空気抵抗計測の手順とカメラ画像で落下開始時刻と地上着地時刻を得る方法を流れ図で示す。
【図１１】落下開始時の補正値を得るための処理を示す。
【図１２】LED消灯が実落下より先行する場合を示す。
【図１３】LED消灯が実落下より遅れる場合を示す。
【図１４】落下所要時間と抗力係数ＣＤの関係を理論式から作成したグラフを示す（落下距離１４．８３Ｍ、気温２５℃の場合）。
【図１５】空気抵抗がある場合の落下所要時間と空気抵抗がない場合の落下所要時間の差を示す。これらの値は空気抵抗係数や落下距離により大きく異なる。
【実施例１】
【０００８】
図1は本発明の1実施例であって，1は計測装置本体部，2はLED照明，3はハイスピ−ドカメラ，4は被計測物であるペットボトルロケット，5はバッテリ−，6は電磁コイル，7はLED電気回路接点部，8は電磁コイル用スイッチである。LED 2はペットボトルロケットの着地点付近に置いてあり，12はハイスピ−ドカメラ3の撮影視野を示しており，LED 2とペットボトルロケット4の着地の画像を取得できるようになっている。
【０００９】
電磁コイル6に通電されるとその中心を貫通している鉄製丸棒9は磁化される。丸棒の下端は平坦でペットボトルロケット4の最上部に取り付けられている鉄板に接しているので，磁力でペットボトルロケット4の重力を支えるような構造となっている。電磁コイル6の電気回路のスイッチ8を操作しコイルに電流が流れなくすると鉄製丸棒9の電磁力は弱くなりペットボトルロケット4の重力を支えきれなくなりペットボトルロケット4は落下し始める。LED 2の電気回路は鉄製丸棒9とロケット4の上面が接しているときにのみ通電するように仕組まれている。ペットボトルロケット4の落下と同時にLED 2の電流が断されるのでLED 2は消灯する。ハイスピ−ドカメラ3は，LED 2とペットボトルロケット4の着地地点を含むように視野12を調整してある。このようであるので，ハイスピ−ドカメラの画像を解析することによってペットボトルロケット4の落下開始時刻と地上着地時刻を取得できるのでペットボトルロケット4の落下所要時間を得ることができ空気抵抗係数の大きさを得ることが可能となった。
【００１０】
図2は計測装置本体部1の上面図である。バッテリ−5と電磁コイル6はスイッチ8，抵抗11を経由して電気的に接続されている。15，16は構造体を支える部材である。
バッテリ−5とLED 2は鉄棒9，LED電気回路接点7等を経由して接続されている。メインスイッチ10はすべての回路を断するためのものである。ランプ14は，LED 2と並列して接続されている。LED 2とランプ14の点滅は同期しており，計測機本体1を操作する者が地上のLED 2を見ることができないので操作の便のために設けたものである。
【００１１】
LED電気回路接点7はペットボトルロケット4の落下開始によって断するのでLED 2はペットボトルロケットの断によって消灯する。
図3は電磁コイル6周辺の詳細を示している。鉄棒9はコイル6の中心部を貫通している。コイル6は部材15に固定されており鉄棒9の下端部にはスイッチ7が取り付けられている。
図4はペットボトルロケット4の上方部分の構造の一例である。4-1はペットボトルロケットの本体であるペットボトルの口部付近の形状を示している。4-2はペットボトルのキャップで，その上面部に円盤状の鉄板4-3が貼り付けてある。
【００１２】
図5はスイッチ7の詳細を示している。鉄棒9の下端部はボルトの頭部でありスペ−サ7-2を下方を支えている。鉄棒9の下端部は絶縁体で製作されたカバー7-1の内部にあり，カバ−7-1の下端部には銅板7-4が貼り付けてある。カバ−7-1及び銅板7-4が落下し過ぎないようにスペ−サ7-3がカバ−7-1の内部に設けてある。
図6は鉄棒9と鉄板4-3間の電磁力によってペットボトルロケットを支えている状態を示している。鉄棒の上端にはLED電気回路の一端が接続されている。また銅板7-4にはLED電気回路の他端が接続されている。鉄棒9の下端部と銅板7-4は絶縁されているが，鉄棒9と鉄板4-3が接触していると，鉄棒9の頭部，鉄板4-3，銅板7-4の順に電流が流れるようになっておりLEDは点灯した状態を示す。
図7はペットボトルロケットが落下を開始した直後の状態を示す。鉄棒9の頭部と鉄板4-3は非接触になると同時に鉄棒9と銅板7-4間は絶縁状態となりLEDの電気回路は断することを示している。
【００１３】
図8はペットボトルロケット4が落下開始した時にLEDが消灯するが，落下開始時刻とLEDの消灯時刻の時間差を得るための方法を示す。ペットボトルロケットの表面には落下距離をハイスピ−ドカメラで認識できるようにメモリを表示してある。計測装置本体1やLED 2はそのままここでも使用する。ハイスピ−ドカメラ3の視野18は図8に示すように，メモリの下方部とLEDを含むように調整してある。図9にペットボトルロケット4の落下距離ｙと落下時刻Δtについて示してある。
LEDが断したハイスピ−ドカメラの時刻とペットボトルロケットがｙだけ落下した時のカメラ時刻をハイスピードカメラ画像から取得する。この間の時間差をΔtとする。落下と同時にLEDが消灯したとすればニュ−トンの落下の公式から得られる時間Δtと一致するはずである。
Δｔ１＝SQRT((２ｙ/1000)/g)                         ……（１）
ただし，y：落下距離(mm)、g：重力の加速度（m/s2）
【００１４】
種々の誤差が集積されて，Δt1とΔtの値は一致しない。これらの実験結果によれば，その差は0.001 s前後であった。この差を補正データとして使うこともできるし，小さいので無視することもできる。
図10は本発明の装置を使用して空気抵抗係数を得るための手順の一例を示している。ペットボトルロケットの落下処理の手順と取得したハイスピ−ドカメラの解析手順である。
図11は落下開始時の誤差を取得する場合の手順の一例を流れ図で示す。図12はLED消灯が実際の落下開始より早い場合の時間差を示す。図12は逆にLED消灯が実際の落下開始より遅い場合の時間差を示す。これらの時間差は装置の構造により決まるものでありその都度実験で確認する必要があるであろう。
【００１５】
落下所要期間が得られると空気抵抗係数は理論的な解析結果との比較により得られる。
ペットボトルロケットの落下は次の微分方程式で表せる。
md2y／dt2＝mg−kv2                    ……（２）
ただし，y：落下距離(m)、t：落下時間(s)、g：重力の加速度(m/s2)、m：質量(kg)、k：定数(Ns2/m2)、V=dy/dt：落下速度(m/s)
この微分方程式は変数分離法で容易に解けその結果を次式に示す。
ｙ＝(m/k)ln(cosh(t/SQRT(m/(gk))))          ……（３）
t＝SQRT(m/gk)cosh-1(e(hk/m))               ……（４）
空気抵抗を示す定数kの代わりに，一般に無次元化した次式に示す抗力係数CDが使われる。
CD＝2k／（ρs）                      ……（５）
ただし，ρ：空気密度(kg/m3)、S=πr2：ペットボトルの断面積(m2) 
(4)式は定数kについて陰関数であり計算で直接処理できないので(4)式(5)式を使って，CDとtに関する図表を作成する。その一例を図13に示す。
【００１６】
この図表は落下距離や気温毎に作成する必要がある（空気密度ρが時間により変わるので気温を考慮必要）。もちろん，ペットボトルロケットが異なる場合には，ペットボトルロケットの条件も考慮する必要があるが，CDを使用するときには，無次元化されているので共通して使用できるメリットがある。
気温や落下距離を考慮したこのような図表を使えば，落下距離と落下時間を正確に計測できれば抗力係数CD容易に推定できることが理解できるであろう。
【符号の説明】
【００１７】
1 …… 計測機本体部
2 …… LED照明
3 …… ハイスピ−ドカメラ
4 …… 被計測物
5 …… バッテリ−
6 …… 電磁コイル
7 …… LED電気回路接点部
8 …… 電磁コイル用スイッチ