科学好き者の日々

専門研修の２日目
女性２人、男性２人の班です。
前回準備をお願いしておいた「ベンハムのこま」「フェナキスコープ」「モーフィング」の材料と道具が用意されていて、早速作ってみる。

こまに色をつける。マジックインクで色をつけるが、色が暗く赤と緑で黄色には見えず、茶色のようにみえてしまう。持参したRGB３原色のこまはまあ好評だった。

「フェナキスコープ」パラパラ動画のような絵を円周上に描き、絵と絵の間にスリットをいれて、スリットを通して、鏡に映った絵を見ると動いてみえる。というもの。
http://www.j-muse.or.jp/kagaku_tanken/vol3/hikari10/page03.html
これがなかなか見えない。鏡に映る自分の目がみえてしまう。知恵者はいるもので、鏡の一部だけをみえるように、丸くくりぬいたカバーを鏡にかけるとか、絵の部分を折り曲げて立たせ横からスリット越しにみるとか、皆さん見ようとする情熱、工夫がすごい！！結局ボーとしてみると動いているかなと判る程度で、とりあえず定回転で回すモータは役に立ったようである。

「モーフィング」渦巻きの絵のこまを１０秒ほど見つめて、その後自分の手の平をみる。（手のひらでなくてどこでもよいが）手の平の一部が動いて見える！！。これは誰でも「エー」「すごい」など歓声をあげてしまう。これが最初の「掴み」だなというのが皆の感想だった。

他の班では「糸電話」「果物電池」などがあった。
６つの班をワークショップ担当とお客担当にわけて、自分達の説明をする。あとで役割を交代する。
なかなか、判りやすく説明するのはむつかしいね。

光の三原色（RGB）のこまで色の混合は判りそう。３原色のLEDを使えばより判りやすいかと作ってみた。
左のLEDが３色（RGB)内臓のLED。右は電源表示だがこれも３色LEDで回路内蔵の色が自動で変わるLED。
スイッチ左から赤、緑、青で各スイッチを押すと、該当の色が点灯する。スイッチ２つを同時に押すと混合される。例えば赤と緑のスイッチを押すとLEDは黄色に点灯する。３つのスイッチを同時に押せばLEDは白く点灯する。というもの。

これもケースは１００円ショップのライトを利用した。（結構いいんだよ、このケース。基板むき出しは。。。。ないか。。。。）

ついでに、ベンハムのこまは白黒の点滅により色が見えるというのなら、このLEDを点滅させたらどこかの周期で色がみえるのだろうか、と思って、周期の変わる点滅をさせてみた。
モータの速度を変えるのと同じPICの12F675を使ってボリュームをADで読み取り、ADの値に応じて点滅の周期を変える。

結果は？　20Hz位のとき、LEDの光のなかに黒い糸のようなものが見える。10Hz以下でも30Hz以上でも見えない。こればなんだろうか？ベンハムとはちょっと違うようだが。。。

写真に撮って色を確認したいが、こまはすぐに止まってしまう。そこで、一定回転で回る装置（おおげさな！マブチモータだよ）を作ってみた。
モータはトルクは要らないので、最も安い￥140のマブチモータ。回転数は可変とする必要があるので、電圧制御をしなければならないが、大容量？のボリュームもないので、オーソドックスにPWMとした。PICの12F675でボリュームの値をADで取り込み、値に応じたPWM出力を出力する。ドライブは本来はパワーFETだが手持ちがないので、トランジスタで代用した。Ic＝3Aの2SC1467　だが　hfe＝10なのでダーリントン接続としないとゲイン不足だった。
一番の問題はケースで、100円ショップで売っていた、非常ライト？を用いた。これは単三電池4本入る構造で、しかもユニバーサル基板の取り付け穴寸法がケース穴と一致する！！という優れものだ。実際には3Vでいいので、2本分は直結してある。
次はモータの回転をこまに如何に伝えるかということが問題で、トルク小さくても良さそうなのでダイレクト駆動でいいが、こまの心棒をどうやってモータと繋げるか悩んだ。百円ショップを見ていたら、椅子の足につける床キズ防止のゴムが両面接着剤付きであり、これをモータ軸につけたカップラーに接着して、ゴムの弾力でこまの心棒を咥える構造とした。これを思いついたときは、思わずニヤリとしてしまった。
正転、逆転はスイッチ（２回路２接点）で直接切り替える。

で、まあ動いたが、起動トルク小さいのでADの読みを直接電圧に比例させるとボリューム半分くらいまで動かない。テーブル変換で９０〜２２０までをフルとした。また、ADの０〜５までは電流を流さずメインスイッチなくても停止するようにもしてみた。

で　撮った写真が「昨日」の写真である。？？？

回ったこまはどうみえるか？

１．ベンハムの図のこまは、青または茶に色づく同心円のように見える。
これは完全に錯覚で写真をとっても色はつかないそうだ。白黒が交互に反転してみえるので、視神経の反応速度によって色づくという説があるそうだが、止まる直前のほうが色が強く感じられるので、違うような気もする。
　


２．市松模様のこまは、通常の（インバータでない）蛍光灯の下で色がみえる。
蛍光灯の種類（昼色光、昼白光など）で違う色がみえる。下のページが詳しい。
http://www2.tokai.or.jp/seed/seed/minna7.htm
ここはすごいね。世の中にはたいした人達がいますね。


　

昼白色の蛍光灯　　　　　　　　　　　　　　昼光色の蛍光灯

３．光の三原色のこまは、なんと！！、絵の具の三原色が見える。
最外周は白になるはずだが、明るさ不足で灰から暗い灰にしかみえない。間の２色を混合しているところは、マゼンタ、黄、シアンに見える。これは良く考えれば当たり前で、赤と青を足せばマゼンタだし、赤と緑を足せば黄、緑と青を足せばシアンとなるのだから、加算混合となるのだろう。ただ明るさが足されないので、各色ともに暗い色になる。という理解でいいのだろうか？
　


４．絵の具の三原色のこまは、不思議な色になる。
マゼンタと黄を足すと薄いだいだい色、黄とシアンを足すとうす緑、マゼンタとシアンで薄い青になる。
これはマゼンタ（赤+青）+黄（赤+緑）は（２赤+緑+青）で（赤+白）になるとの解釈でいいのだろうか？
加算だけ考えていれば良さそうだが、絵の具の３原色は減算混合だから、違うような気もする。
どなたかご存知のかた教えてください。
　

ベンハムのこまだけでは寂しいと思い、自分で次回まで提案できるようにこまを作ってみた。
まず、図案化するのに同心円を描かなくてはならない。オートシェイプで描くには、俺の腕だと正確に出来そうもない。
いろいろ考えたが、エクセルのグラフを使うことにした。エクセルのレーダチャートで最大値だけ与えておいて数値軸目盛を適当に振る。何角形にすべきか？、３原色の塗りわけが必要で３の倍数、半分や四分の１が必要なときもあるので、３と４の公倍数で２４とした。（実は３０角形と３２角形を作ってみて、あとから３と４の公倍数とすれば共通化できることに気がついた。）
一応円に見える。


これを塗りつぶすわけだが、エクセルでは出来そうもないので、エクセルグラフをコピーして、ペイントに貼り付ける。ペイント上で塗りつぶしをした。
白黒の市松模様である。


同様に色をつけた。光の３原色（RGB）を最外周からRGB（赤、緑、青）、RB（赤、青）、RG（赤、緑）、BG（青、緑）と塗ってみた。


こちらは絵の具の三原色（CMY)を同様に最外周からCMY（シアン、マゼンタ、黄）、MY（マゼンタ、黄）、CY（シアン、黄）、CM（シアン、マゼンタ）と塗る。


最後がベンハムの図である。線が細かいので、いままでのこまと同じ大きさだと線にギザギザがはいって汚くなってしまう。図の大きさを大きくしておいて、ペイントで塗り分けてから通常の大きさに縮小する。


これらの図をプリンタで印刷する。インクジェットプリンタ用の写真画質のはがきに印刷した。はがきの厚さだと裏打紙がなくても、こまとして回せる剛性がありそうである。心棒は楊枝である。
さて、どう見えるだろうか。

専門研修の一日目です。
ワークショップ（実験や工作のお店のようなもの？）を行うための準備のようです。いろいろな工作を自分達でしてみましょう。
中身は
１．ベンハムのこま（白黒なのに回ると色が点いて見える不思議なこま）
２，飛び出すスーパーボール（大小のスーパーボールを大を下にして接触した状態で落とすと小が勢い良く飛び上がる）
３．シャープペンの芯飛行機（シャープペンの芯を胴体にした飛行機。重心のバランスと翼の回転が面白い）
４．不思議な振り子（長さの違う振り子を同じ棒の上につける．動けと心に念じたものが動き出す）
５．万華鏡（ピンホールから入ってくる光をきらきらの紙を通してみる）
などなど。

全部で６班に分かれてこれらからワークショップの題材を決める。我々は「こま」として、次回の計画と材料を表にした。
字の上手い人がまとめて書いてくれた。俺は字が下手で、漢字を知らないので、たすかるなぁー。

千葉にこども科学館（仮称）という博物館？ができるそうです。
説明やこどもと実験や工作をする施設ボランティアを募集していたので応募してみました。

６月７月と基礎研修を６回やって、８月、９月に専門研修だそうです。
２４人の仲間がいます。結構たのしそうです。