ペンデュラムウェーブの仕組みや美しさを理系大学生が解説!

  • 2019年9月27日
  • 2020年2月7日
  • 学問
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ペンデュラムウェーブについて詳しく知りたい方向けの記事となっています!

 

「なんて美しい装置なんだ・・・!」

 

これは、僕が初めてペンデュラムウェーブを目にしたときの感想です。

この装置は、簡単に言えば、振り子を並べ、ある性質を利用して綺麗な波を描くように工夫されたものです。

一見振り子が並んでいるだけで何の変哲もありませんが、それらを動かすと、その美しさにクギ付けになるでしょう。

動画でどのようなものかを見てもらった後で、なぜそのような現象が起こるのかについて解説したいと思います。

ペンデュラムウェーブって何だろう

まずは、「ペンデュラムウェーブって何?」という根本的な疑問を解消していきますね。

 

百聞は一見に如かずとも言いますし、まずは動画を見てください。

ペンデュラムウェーブの魅力、美しさがわかるはずです!

動画では2分ぐらいで一度振り子を止めますが、その後より綺麗で幻想的になるので、ぜひ最後まで見てください!!

 

 

さて、お楽しみいただけたでしょうか?

ついつい、見とれてしまった人も多いはず。

僕もこの美しさに魅せられたのです。

 

とりあえず、どんな装置なのかわかったと思います。

このペンデュラムウェーブは、2010年ぐらいにハーバード大学が公開したものです。

振り子を同時に動かすと、バラバラに動いた後に再びピッタリ重なるという、見ていて楽しく不思議な装置になっています。

これは高校物理で習う"ある原理"を利用して作られています。

勘の良い方は、もうわかりましたね??

詳しくはこの後、説明します。

英単語から読み解くペンデュラムウェーブ

ここで少し休憩も兼ねて、英語のお勉強。

ペンデュラムウェーブって聞いただけで、意味がわかって、どんなものか想像できた人は少ないと思います。

特にペンデュラムが難しいと思います。

ペンデュラムウェーブを英語で書くと、"Pendulum Wave" です。

pendulumには、(時計などの)振り子、趨勢(物事の進み向かう様子。動向。なりゆき。)、動揺するものという意味があります。

waveは波という意味なので、これらをあわせて、"振り子の波"という大まかな意味がわかると思います。

 

まさに、振り子が波のように揺れている様子を表現していますね。

 

また、pendulumの、‘‘pend‘‘という接頭語は、「ぶら下げる」という意味なので、ぶら下がっているもの→振り子という意味につながります。

他に‘‘pend‘‘の意味がわかる単語としては、depend(依存する)が挙げられます。

de(下へ)+pend(ぶら下げる)別のものにぶら下がる→依存するという意味になります。

 

これはペンデュラムウェーブや物理には関係ない話でしたが、少しでも印象に残りやすいようにと思って書いてみました。

英単語を覚えるときは、このように接頭語を上手く使って覚えると意味を掴みやすくなるのでオススメです。

 

僕は接頭語や語源などを上手く利用して単語を覚えていき、英語が得意科目になりました。

旧帝英語で8割超えしたり、予備校の旧帝大学の実践模試で英語の偏差値69をとったこともあります。

そんな僕の英語に関する実体験が気になる方は次の記事をチェックしてみてください!

よければ、個人的にイチオシの英語講師、関正生先生が所属しているスタディサプリの記事もどうぞ。

 

 

少し脱線してしまいましたが、次はこの装置がなぜこのような不思議な動きをするのかを解説していきたいと思います!

ペンデュラムウェーブの原理

それでは、なぜこのような現象が起きるのかを説明します。

 

端的に言えば、振り子が揺れる周期は、振り子のヒモの長さで決まるからです!

 

本当は重力加速度も周期を決める要素になりますが、地球上にいる限り重力加速度は一定とみなしていいでしょう。

この性質は"振り子の等時性"と呼ばれ、高校物理で出てきたと思います。

「振り子は、質量や振れ幅に左右されない」というおもしろい性質です。

僕も初めて習ったときは驚きましたし、この動画を見て、そのことを実感することができて感動しました。

詳しく知りたいという方は振り子の等時性の証明からどうぞ!

 

そして、この等時性がどのように利用されているのかというと、振り子の周期を、

1分間に65回往復する

1分間に64回往復する

1分間に63回往復する

(略)

1分間に51回往復する

1分間に50回往復するように調整してあります。

数値には多少のズレがあるかもしれませんが許

この往復回数の微妙なズレが、あの不思議な動きにつながるのです。

そして、1分間に往復する回数が違うだけで、1分後の位置はどの振り子もスタートと同じですよね。(キッチリ往復するようにできるからね!)

だから、バラバラ→キレイに揃うという動きになるわけです!

 

振り子の長さが約25cmで1往復1秒、振り子の長さが約100cmで1往復2秒になることから、振り子の等時性が振り子の長さの1/2乗に比例していることがわかりますね。

この記事を書こうと思った理由

僕がこの装置を紹介した理由は主に2つ。

 

1つは、単に自分が感動して、多くの人に見てほしいから記事にしようと考えたからです。

「何かを発信したい!」と考えるブロガーらしい理由になってますね。

 

2つ目は、今やっている勉強を楽しいと思ってほしい、学問に興味を持ってほしいということです。

学校の授業を受けて、大学受験のためだけに勉強するのは、ハッキリ言ってナンセンスです。

せっかくなら楽しんで、勉強する意味を見つけながらやってほしいと僕は強く思っています。

 

僕は高校のとき勉強が大嫌いでしたが、大学受験を意識して勉強を始めると同時に、自分が勉強していることを実感できるように意識しました。

身の回りで利用されているものはないか、普段何気なく見ている現象は、どんな原理なのかということに目を向け始めたんです。

そうすると、授業で学んだことが色んな事に活かされていることに気づきましたし、「おもしろい!」と感じるようになりました。

そこから勉強に対するモチベーションがグングン上がり、勉強することで自分の視野が広がっていくことを実感しました。

僕は、みなさんにもこのような経験をしながら勉強してほしいと思います。

この記事を読んでいるあなたが高校生でなかったとしても、将来学ぶことになるかもしれない物理に触れられたり、勉強に対する新たな考え方を知る、貴重な経験になったと思います。

お子さんを持つ大人の方が読んでいたら、勉強に興味をもたせ、楽しんでもらう方法を見つける手助けになるはずです。

まとめ

ただの物理法則1つをとってきただけで、こんなに美しい現象が起こるのです。物理ってすごいね。

他にも物理法則を応用した装置はいっぱいあると思うので、それらも紹介していこうと思っています。

 

先ほどこの記事を書いた理由でも述べましたが、僕の記事をきっかけに勉強に対する意識が良いものに変わってくれることを願っています。

そして、勉強する意味が見えてくるような、おもしろいと思わせる題材を選び、記事を書いていこうと思います。

僕がこのような考えになったのは、受験期にプロの予備校講師に教わっていたからだと思います。

学研プライムゼミでは、僕が教わっていた先生方が多く所属しているので、興味があればチェックしてください!

>>学研プライムゼミの講師陣を見てみる【動画あり】

 

 

ちなみに、このペンデュラムウェーブという装置ですが、自由研究の題材にもピッタリです。

作っても楽しいですし、作った後も鑑賞できて、とても良い研究になると思います。

要チェックです!

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