「そんなの出来ん!」と言った方がスジが通る?

最近、オリンピックの水着の話が面白い。英スピード社の水着を付けると新記録続出というアレ。
まあ、選手だけでなく水着会社も自由競争の中で戦っているのだから、そういうことが起こっても不思議ではない。

ただ、個人的にちょっと苦笑いなのが、国内メーカー(ミズノ、デサント、アシックス)の対応。
日本水連が3社に水着の改良を要請するのは分かる(要請を決めたのが4月25日)。で、改良品が出てきたのが5月30日(…というか、期限付きで日本水連が要請した)なので、開発期間はほんの1ヶ月だったわけである。
ただ、それこそCMなどでは、
0.1秒の記録更新のために、こんなに膨大な時間をかけ地道な開発研究を行っていますぅ〜
みたいなことを主張するのに、他社製品で良いのが出たからと言って、
1ヶ月で改良しましたぁ〜
というのは、いままでの主張はなんなのというジレンマに陥りそう。
いっその事、日本水連に対して、

そんなの出来ん!

といい、「今回は敗北です。2012年のロンドン・オリンピックまでには仕上げます。」と言った方が良いような気がする。
まあ、ニュースを見ると、

日本水連と契約する各メーカーとも「これをやりますといって、すぐできるものではない」「発表した商品は最新の自信作」と、困惑を隠しきれない。
と言っているので、開発者も大変ねぇと思った次第。

そういう意味では、HD DVD規格が負けた後の東芝の対応の方が、個人的には好きかなと。まあ、これは好き好きの問題ですが…。

光学的ハウリング

自宅の短い廊下にフットライトが付いている(2台も!)のだが、最近面白いことに気付いた。
このフットライトはセンサー付きで暗くなったら勝手に点灯する仕組みとなっている。ちょっとしたイタズラ心で点灯中に手をかざして見ると見事に点滅を開始したのである(0.5秒周期程度)。

既にお分かりかと思うが、この現象は、自らが発した光が手に当たり、反射されてセンサーへ戻ってきたためにおこった現象である(点滅する機構が備わっているわけではない)。要するにハウリングと同じで、一種の発振現象だ。
ちなみに、手とライトまでの距離を変えると点滅周期が変わる(近い程早い)のだが、これは光の往復時間が変わるからではなく、センサーが光を一定量受けるまでライトが点灯しないようなディレイ回路が入っているからだと思われる。

光源に使われているLEDは感応時間が極めて短いため、電気が通ってからLEDが点灯する時間は無視して良いと思われる。センサー側はどういう装置か良くわからないが(私が知っているのは精々CdSくらい)、例えば、光量の積分量がトリガーになっているようなセンサーかも知れない。そうしないと、蛍光灯の50Hz〜60Hzのちらつきで点滅するライトになる。まあ、キーボードのチャタリング防止機能のようなものがあるのかも…。

これだけでは何なので、ちょっと応用して、せっかく2台あるのだから2台を鏡を使って対面させるようにすればチカチカと点滅するのでは…と思ったが、速攻で「あれ?」と考え直した。
もしも、全く条件の同じ2台を対面させた場合、両者が点滅を繰り返すのは分かるが、ごく僅かでも性能に差があれば、一方が点灯し、一方が消灯している状態が生じることが考えられる。こうなるとこの状態は安定して存在するので、そこで点滅は終わってしまう。全く条件の同じ2台だったとしても、初期状態で一方が点灯、他方が消灯だったとしたら、そこから点滅に転ずることはない。要するに、わずかな差があれば、自発的対称性の破れにより、点灯するライトと消灯するライトに分かれてしまうことになる。

…と、ここまで考えると、対面した2台のライトは一種のメモリー回路として使えるだろうということに気付いた。片方どちらかの点灯で安定なのだから、右点灯で1、左点灯で0とかにすればいい。データの書き込みは、センサー部分を指で押さえるだけである。こうすれば、押さえられた方のライトが点灯し、他方は否が応でも消灯する。この状態は指を外しても続くので、メモリーとして使えるわけである(フリップフロップですか?)。

次に考えるのは、指で押さえるというのがちょっと自動処理に向いていないということ。せっかくライトが点灯するのだから、その光を使ってセンサー部を自動で覆うような処理が出来ないものか…と考えて、ラジオメーターを思い浮かべた。
まあ実際にはLEDの光には赤外線がほとんど入ってないので、LEDの光でラジオメーターがスムーズに動くとは思えないが、光が羽車を回し、その回転によって羽の一部が相手の(あるいは自らの)センサーを覆うような機構にすれば、色々と応用が考えられる。

…ところで、こうやって複雑な回路を組んで行った場合、これを光コンピュータと呼んで良いのだろうか…?

ブランコで遠くまで飛ぶ方法

通勤中に電車の扉を見ていたら、リクルートエージェントの広告が目にとまった。別に転職を考えているわけではなく、その広告が空中ブランコをやっている写真だったから目にとまったのである。ふと…「遠くまで飛ぶにはどのタイミングで飛び出せばいいのだろうなぁ」と思ったわけである(遠くの職場に転勤したいわけでもありません。念のため)。

例えば、これが、「大砲の玉を最も遠くまで飛ばすにはどうすればいいか?」というものならば、高校1年生の物理で出てくるポピュラーな問題になる。
初速をv、重力加速度をgとし、仰角をθとすると、玉を打ち出してから地面に落ちるまでの時間tは、
vt*sinθ - (1/2)gt2…(式1)
から求めて、
t = 2v*sinθ/g…(式2)
となるが、玉は水平方向にv*cosθの速さで進んでいるから、結局、到達距離x(θ)は、
x(θ) = vt*cosθ = 2v2*sinθ*cosθ/g…(式3)
となる。vgは定数なので、x(θ)を最大にするには、sinθ*cosθを最大にすればよいが、
sinθ*cosθ = sin(2θ)/2…(式4)
なので、θ = π/4 = 45度が答えとなる。

現実問題としては、空気の抵抗があるので、玉の初速がすみやかに落ちて行く。このため、実際に遠くに飛ばすには、仰角は45度より少し小さい方が良い。ただし、もしも初速がうんと大きい場合は、仰角を45度より大きくした方が、より遠くまで届くことがある。これは、上空にいくほど空気が薄いためだ。
…ということは、より遠くに飛ばしたい場合の最適な仰角は、初速によって、45度を挟んで、下から上への変換点があるわけである。このあたりは中々面白いので、暇があったらネタとして解析して見たい(というか、とっくの昔に誰かがやっているだろうけど…)。

話を元に戻して、ブランコで最も遠くまで飛ぶことができる飛び出し時の仰角θを考える。空中ブランコではなくて、普通のブランコを考えよう。大砲の玉の場合との違いは、飛び出す時の初速が仰角によって変わるという点であろう。当然ながら、最も上に体がある時の速度はゼロで、下に行くほど速度が増す。だから、45度まで上がると飛び出しの速度が減るので、その分不利になる。もちろん、低ければよいかというとそうではなく、ある程度の仰角がないとすぐに地面に着地してしまう。また、どこで飛び出すかによって、地面からの高さhも、基準位置となるブランコ直下からの距離dも変わってくるので、一筋縄ではいかないことが分かる。
まずは話を簡単にするため、ブランコの最大振り角を180度とする(要するに、体が真横になるまで振れているということ)。ブランコの長さをLとし、ブランコ直下から着地点までの距離をXとする。まあ、図を見て頂ければどういう状況かは分かるであろう。後はゴリゴリと計算するだけだ。

まず、
h = L(1-cosθ)…(式5)
d = Lsinθ…(式6)
はすぐ分かる。飛び出し時の速度vは、エネルギー保存則より、
(1/2)mv2 = mg(L-h)だから、v = (2gLcosθ)1/2…(式7)
となる。飛び出した時は地面よりh高いことを考慮し、飛び出したから着地までの時間をtとすれば、
-h = vyt - (1/2)gt2…(式8)
である。ここからtを求めれば、
t = (vy + (vy2 + gh)1/2)/g…(式9)
が出てくる(2次方程式だから解は2つ出てくるが、t>0の条件からこの解のみが出てくる)。
後は、この時間tの間に、水平方向へvxの速さで移動しているのだから、最終的に求めるべきXは、
X = d + vxt…(式10)
となる。あとは、これらの式を用いて、XLθだけの関係式にすればいい。すると、

…(式11)

が出てくる。“X=”ではなく“X/L=”としたのは、ブランコの長さLそのものには意味がなく、比率にこそ意味があるからだ。
で、この式をグラフにすると、こんな感じ。

よって、結論としては、仰角36度位で飛び出せば、ブランコ長の2.4倍位は飛べるということが分かる。

ブランコから飛び出して着地点の距離を競うという遊びは、子供の頃に1度はしたことがある遊びだと思うし、少しは参考になるデータではないかな。もっとも、ブランコを体が水平になるまで漕げるかとか、ブランコは止まっていても地面から少し浮いているとかのパラメータの変化があるので、多少は状況に合わせて修正が必要だろう。
しかしまあ、子供がこの遊びをしながら、仰角がどうのこうのと計算してたら怖い気がする。ターザンがパソコン片手に計算しながら飛んでたらそりゃ興醒めかも知れない。こういうのは体で覚えるべきだね。