ハンマーを投げて物理を視覚化！スマホアプリで暴く「重心」の美しい軌跡

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

木槌を投げろ！気分はハンマーブロス！

ストロボ写真が気楽に撮れる時代になった！

みなさんはストロボ写真を見たことがありますか？理科の教科書を開くと、ボールが放物線を描いて飛んでいく様子や、走っている人のフォームが分解写真のように写っているページがありますよね。「あれ、どうやって撮ってるんだろう？」と不思議に思ったことはありませんか？あれは、真っ暗な部屋でカメラのシャッターを開けっ放しにし、パッ、パッ、パッと等間隔で光を当てることで、動いている物体のその瞬間ごとの位置を1枚の写真に焼き付けるという特殊な撮影方法なんです。

「やってみたい！」と思っても、専用の機材や暗室が必要で、自宅で気軽に…というわけにはいきませんでした。しかし、時代は変わりました。今はiPhoneアプリにコマドリアプリツールがあります。このアプリは、風景の中で動いているものだけを自動で判別し、その軌跡を1枚の写真に合成してくれるんです。今日はこのアプリを使って、複雑な動きの中に隠された「物理の美しい法則」を暴く実験を紹介したいと思います。

用意するもの

木槌（ゴムのハンマーでも可）、ビニールテープ、iPhoneアプリ

※注意：放り投げても床が傷つかないよう、先が木やゴムでできたハンマーを使いましょう。周囲の安全には十分気をつけてくださいね。

方法

①　まずは準備です。木槌の重心（バランスが取れる点）を探します。指一本で木槌を支えてみて、ちょうど釣り合う場所を見つけましょう。そこに目印としてビニールテープを巻きます。②　iPhoneアプリを立ち上げて、撮影の用意をします。カメラマン役が一人いるとスムーズです。

③　撮影ボタンをタップして、ハンマーを回転させるように放り投げます。気分はスーパーマリオのハンマーブロスです！

④　撮影後、アプリ内の「時間間隔のツマミ」を動かして、影が重なりすぎない良いバランスに調整します。⑤　できた画像を紙に印刷して、木槌の重心（テープの位置）をペンで追ってなぞってみましょう。⑥　数学で習う２次曲線（放物線）と重ねあわせてみます。以上です。簡単ですよね(^^)実際の様子を動画でもご紹介します。クルクル回っているのに、ある一点だけは規則正しく動いているのがわかります。

金槌の重心（テープを巻いたところ）を目立たせてみましょう。図形ソフトで放物線を描き、写真と重ねあわせてみます。

透過して２枚を重ねるとさらに面白い結果が見えてきます。

縦横比を調整して重ねると、驚くほどぴったりと一致します。

「質点」の動きを追うということ

ハンマー全体を見ると、持ち手はあっちこっちを向いてクルクルと回転し、まるで不規則に暴れまわっているように見えます。しかし、重心だけに注目すると、そこには美しい放物線が描かれていました。物理学（力学）では、物体を大きさのない質量のかたまり、すなわち「質点（しつてん）」として考えて、その運動を数式で記述します。

「大きさがあるものの動きなんて、複雑すぎて計算できないよ！」と思うかもしれませんが、実は「重心」さえ追えば、どんなに複雑に回転している物体でも、その移動ルートはシンプルな数式で完璧に予測できるのです。これが、物理学が持つパワーであり、カオスに見える世界から法則を見つけ出す醍醐味です。もちろん現実世界では、空気抵抗や風の影響を受けますが、それらも数式に加えれば、ロケットの軌道計算のように極めて正確な予測が可能になります。

今回のハンマーの実験は、「日常に潜む数理曲線」などの書籍でも紹介されている有名な事例です。しかし、本で読むのと、自分のスマホで撮影して「本当に放物線になった！」と実感するのとでは、感動の深さが違います。ぜひ、休日の公園などで安全に配慮しながら、物理の法則をその手で撮影してみてください。

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