落差16mの恐怖、理科で解明！スプラッシュマウンテンを数式でのぞく【ディズニーランド物理学】
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
あのスプラッシュマウンテン、実は速度が求められるって知ってた？
画像は生成AIに描いてもらいました。
「東京ディズニーランドのスプラッシュマウンテンに乗ったことがある人？」と聞くと、教室のほぼ全員が手を挙げます。生徒にとって東京ディズニーランドは、まさに“体験済みの物理ワールド”です。一方、「FUJIYAMAに乗ったことある人？」には、ぽつぽつと10％ほど。どうやら“絶叫”のハードルは高いようです。
でもちょっと待ってください。東京ディズニーランドで最も速い乗り物、それがスプラッシュマウンテンだということをご存じでしょうか。あの、丸太ボートで滝壺にダイブする、例のアトラクションです。
実はこのスプラッシュマウンテン、中学・高校の物理基礎の知識で、そのスピードを予測・計算することができるんです。もはや“遊び”ではなく“教材”――そんな目で、改めてスプラッシュマウンテンを見てみませんか。
実際どのくらいの高さ？――まずは基本データ
スプラッシュマウンテンの特徴的な落下シーン。あのクライマックス、どれくらいの高さから落ちているかというと、公式ガイドブックによれば最大落差は16mです。
つまり、校舎の3階分ほどの高さから水しぶきを上げて落ちていくわけです。スプラッシュマウンテンに乗ったことがない方がもしいたら、こちらの動画の７分ころの様子をご覧ください。これが落差１6メートルの滝です。
さらに公式ガイドブックを調べてみると、以下のような公式データも得られました。
全長：850m
水量：毎分110トン
最大傾斜：45度
最高速度：62km/h
これらの数値は、物理好きにはたまらない“計算したくなる”数字ばかりです。
実測データを取りに行ってみた
実際に自分で検証してみたくなり、修学旅行引率中の自由時間を使って、スプラッシュマウンテンに３回のって乗ってきました（乗り物が苦手なのでほぼ命懸けでした）。その際に、高度計と加速度センサーを忍ばせて、データ収集。結果として、落差はしっかり16m前後であることが確認できました。
２回登って、３回落ちて、最後に大きくのぼって、ドカンと落ちるという様子も確認できます。
※生データや他アトラクション（スペースマウンテン・ビッグサンダーマウンテン）の比較については、別記事で公開中です。
計算してみよう！物理の出番です
さて、ここからが理科の本領発揮です。スプラッシュマウンテンにはエンジンがついているわけではなく、最高点から重力の力だけで一気に落ちていきます。このような場合、エネルギー保存の法則を使って「落差から速度を予測する」ことができます。
使用する物理公式
ここで、
g = 9.8 m/s²（重力加速度）
h = 16 m（高さ）
計算すると、
km/hに直すと、約64km/hです。なんと、公式データの「最高速度62km/h」とほぼ一致しているのです。物理の計算、すごいですね。
授業で使うならここがポイント！
実際に乗った経験のある生徒が多いので、導入が非常にスムーズです。エネルギー保存の法則の応用例として最適で、「感覚と理論の一致」を体験でき、学習意欲アップにつながります。
同様に、富士急ハイランドにあるFUJIYAMAも同じ方法で求めることができます。
FUJIYAMAの公式HPを見ると、最大落差70m、最高速度130km/hと記載されています。
それでは力学的エネルギーの保存則をつかって計算をしてみましょう。先程のｈの部分に７０を入れて計算すると、
v=√(2×9.8×70)
v=37m/s、時速にすると、133.2km/hとなり近い値となりますね。面白いですね。でも、なぜかスプラッシュマウンテンもFUJIYAMAも理論値より、実際の最高速度はわずかに小さな数字になっています。なぜでしょうか。
理論値と実測値がわずかにズレるのはなぜ？
先ほどの計算では、理論値のほうが実際の最高速度よりわずかに大きくなっていました。この差の正体は、主に空気抵抗と摩擦です。レールと車輪の間、あるいは水面を滑る抵抗などで、力学的エネルギーの一部が熱エネルギーや音のエネルギーに変換されてしまうのです。つまりエネルギーが消えたわけではなく、姿を変えて逃げていっただけ、というのがポイントです。これはエネルギー保存の法則を、より正確に理解するための良いきっかけにもなります。理想的な条件でしか成り立たない「完全な保存」と、現実世界で起こる「エネルギーの変換」の違いを実感できる、絶好の教材といえるでしょう。
外力がはたらいているけれど、なぜエネルギーは保存するのか
このようにジェットコースターまたは振り子などでは、「力学的エネルギー（運動＋位置＋弾性エネルギー）」はほぼ保存します。でもちょっと考えてみてください。ジェットコースター（または振り子）には垂直抗力（または張力）などの「外力」がはたらいています。外力がはたらくと力学的エネルギーは保存しないはずです。
これはいったいどういうことなのでしょうか。
実は、垂直抗力や張力が常に物体の運動方向と垂直にはたらいているからです。運動方向に対して垂直な力のする仕事は０なので、力学的エネルギーのみを考えてよいのです。この考え方は、実は宇宙を回る人工衛星の軌道計算にも共通しています。地球からの重力が常に進行方向と垂直に近い形ではたらく円軌道では、衛星の速さがほとんど変わらずに保たれるのも、同じ「仕事＝０」の原理によるものなのです。ジェットコースターの物理は、宇宙のスケールにもつながっているというわけですね。
振り子の場合
垂直抗力や張力は、実際にその大きさを求めるのが大変ですが、このように仕事をしません。よってどのような経路をたどったとしても力学的エネルギーは保存をするのです（では垂直抗力や張力はこの運動にとってどのような影響を及ぼしているのでしょうか）。
これらのことから、アルプスの少女ハイジの乗っているブランコのスピードを求めたりすることができます。オープニングのはじめに出てくる大きなブランコのことです。
例えばですが、ブランコのヒモの長さが３０ｍ（ブランコの周期からだいたいの長さがわかります）、角度が60°とすると、最下点での速度はどうなるのでしょうか。ハイジはニコニコ笑っていますが、結構な絶叫マシーンだということがわかります。
ぜひ自分で計算をしてみましょう。気になる人はこちらをご覧ください。→力学的エネルギーの保存（ブランコ）
まとめ
身近な遊園地のアトラクションが、実は教科書の知識で解き明かせる――そんな「日常と科学のつながり」を実感できるのが、この授業の一番の価値です。学びは教室の中だけじゃありません。遊園地も、教材になるんです。
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