ハイスピードカメラによる事象の撮影
３年 A 組

大鳥佐紀

３年 A 組

栗生優芽

指導教諭

藤野智美

１.要約
私たち地学班は、地学現象について研究している。活動にあたって、隕石の衝突など、実験できないものを別のモデル事象を使って擬似的に観察し、そこからシミュレーションすることを考えた。事象の変化の過程を細かく確認できると、より精密なシミュレーションを行うことができる。そこでハイスピードカメラの利用に辿りつき、現象を細かい区切りで撮影して繋げ、肉眼では確認できない細かい過程まで見ることができるようになった。
今回はその観察結果を報告する。
キーワード

ハイスピードカメラ、慣性の法則

２.研究背景地学現象といえば、隕石の衝突や火山のるという点で、このカメラはハイスピードカメラと類似している。

噴火などが思いつく。しかしシミュレーシ

しかしこのカメラでは画質が悪いためにョンを実現させるのは難しい。そこで我々細かい動きまで撮影することができず、よはそれらのシミュレーションとその撮影をって良い結果は得られなかった。

目標として、まずは撮影自体を練習するこ

そこで私たちは、もっと綺麗で詳細な画像とにした。そこで Ezvitual Can Demo といを得たいと思い、ハイスピードカメラを購う、パソコンに接続して使用する小型カメ入した。

ラで、スピードを競うゲームの様子を何枚よって、まずはハイスピードカメラを使いかの静止画として撮影し、それをパソコンこなせるよう、身近な現象をいくつか撮影に繋げて動画化した。

して、その現象の変化の過程を確認した。

このカメラは一秒間に数回、連続してシャッターを切り、動きをコマ切りにして静３.ハイスピードカメラとは止画像のかたちで記録するものである。

ハイスピードカメラとは、一瞬の動きを撮できあがった静止画をムービーメーカー影することを目的としたものである。

で編集すると、紙芝居やパラパラ漫画のよ今回購入したものは CASIO EX-F1 とい

うなぎこちない映像になる。

う名前のハイスピードカメラで、その大き連写により、短い期間の動作を捉えるこな特徴として、一秒間に最大 1200 コマを撮とが出来るので、細かい現象の観察に適し影する機能がある。このようなハイスピーている。一瞬の出来事をじっくりと見られドカメラの用途として、スポーツ技術の研究などが挙げられる。例えば野球のスイン

肉眼で見ただけでは確認できない動きも記グをとっても、ボールの速さや向きとのタ録されるので、スポーツ技術の検証においイミング、打った後の軌跡などを、非常にて大きな役割を果たすと考えられる。

細かく研究することができる。撮影はこのようなスポーツ技術の研究に非常に適している。

《研究３》水風船を割る
風船が破裂したとき、その中の水は球体を維持したまま落下する。そして地面など

４.研究内容にぶつかり、下方から徐々に飛散していく。

プリンの落下、人の跳躍、水風船（風船の最初、球体を維持していたことには、慣性中に水道水を入れて膨らませたもの）の破の法則が関係していると考えた。

裂、液体に水滴を落下させたときの水面の様子を観察した。その機能により、非常に※慣性の法則

短い間隔で現象の変化を観察することがで

慣性の法則とは、物体に外部からの力き、できあがったスロー映像によって、普が働いていないときや、物体が受ける力段は確認できないような現象の変化を捉えがつりあっている状態のときに、物体がることができた。

今までの状態を保とうとする性質のことである。このとき、静止している物体は《研究１》プリンの落下静止したままであり、動いている物体は、プリンは皿の上に落ちた際、一度弾力を感今運動している方向に今と同じ運動をしじさせるような動きで浮き沈みし、それか続ける。つまり、この慣性という性質はらもとの形に戻った。その弾み方は非常に物体には本来その速度を保とうとする性興味深く、このような硬さをもつ物体に同質があることを示している。

じ実験を試したとき、規則性があるかどう慣性の法則の例として、乗り物の中でかなどを調べてみたいと思った。

ブレーキをかけると、体が前のめりにな

最終ページの図１にプリンが沈んだ後、まることや、エレベーターで体が軽く感じた跳ね上がったときの写真を示す。

たり重く感じたりすることがあげられる。
前者は、それまである方向に運動してい《研究２》人の跳躍た乗り物が急に静止したために起こる。

一人の生徒が段差から飛び降りる様子を乗っている人間は進行方向への運動状態撮影した。跳躍の際、直前で一度膝を曲げを続けようとするため、電車だけが止まて低く沈み、それから勢いよく跳躍する様ると進行方向に倒れることになる。また子が見られた。

後者では、静止していたエレベーターがこの結果から、このカメラで細かく現象をいきなり上または下に動き出したために、検証できることができることがわかった。

乗っている人間がそれまでの静止状態をこのことからも、様々な面においてこのカ保とうとして、エレベーターの進む方向メラの活用が期待される。先にも述べたが、とは逆の方向に力が働くため、体が重くあるいは軽くなったように感じることにったときの写真を示す。

なる。
今回の水風船の破裂の観察では、この慣５. 今後の課題

性の法則を顕著に捉えることができた。風

今回、ハイスピードカメラを使用し、肉眼船の中の水は、風船の形状に沿った球の形では確認できないような瞬間的な事象を観をとって静止している。これは空気の圧力察し、そのために、ハイスピードカメラがと風船の内部からの力の関係によるもので適していることが確認できた。

ある。風船に針を刺して風船のゴムを破る

次はモデル実験による地学現象のシミュと、水は重力に引かれるままに落ちていくレーションを行い撮影したい。そのためにことになる。この際に慣性の法則が成り立

シミュレーションにおけるプログラミング

ち、風船が割れても、はじめの一瞬はそれが必要となる。

までの静止状態を保とうとしているの様子

しかし私達はプログラミングのことにつがよくわかる。普段の肉眼での観察ではどいては全くの素人であるから、これからプれだけ目を凝らしても、この状態を確認すログラミングを学んでいく必要がある。

ることは難しい。自由に動き回るはずの液

プログラミングは決して簡単ではないだ

体が、受けた力を失っても慣性の法則に従ろうが、これから地道にやっていこうと思ってもとの形を維持しようとする様子を観っている。

察できたことが大変興味深かった。

７.参考文献・サイト《研究４》液体を張った容器の中に一滴の水滴を落とす落とした液体は《研究３》のように球体[1]カシオ

オフィシャルサイト

http://dc.casio.jp/product/exilim/ex_f1/[2]｢高等学校物理Ⅰ｣、啓林館のまま牛乳の中に落ち、その振動は水が落ちた場所（波源）を中心にして地震のよう８.謝辞に同心円状に広がっていった。しかし、こ地学班の活動や、初めて論文を書くにあの振動は容器の端まで辿り着くとそこで消たって、藤野先生に多大なご指導を頂きまえてしまい、反射する様子は見られなかっした。この場をお借りして、御礼申し上げた。波が小さすぎたために観察できなかっます。

た可能性もある。このような小さな波紋も、やはり同心円状に広がっていくことが確認できた。これは水面に広がる波に共通する性質であると考えられる。
今度液体を使って実験することがあれば、液体上に障害物を置き、広がった波紋に障害物がぶつかったときの現象を細かく観察したい。図３に液体表面を波が広がってい＜

観察された事象

図１

図２

図３＞プリンの落下

水風船の割れた瞬間

液体に落とした水滴の波紋