ハイスピードカメラを使ってさまざまな瞬間を超スローモーションで撮影するYouTubeチャンネルのThe Slow Mo Guysが、クロスボウでペットボトルの三重振り子を同時に撃ち抜く実験を約1000fps(1秒1000コマ)で撮影しています。
Crossbow vs Triple Pendulum in Slow Motion – The Slow Mo Guys – YouTube
The Slow Mo Guysは過去にも矢を用いた実験をしており、「Slicing an Arrow in Half Mid-Air in Slow Motion(空中で矢を半分に切るスローモーション映像)」の動画では、飛んでくる矢を刀で切り落とす様子がハイスピードカメラで捉えられました。
刀で矢を切る過去動画では人のいる方向に矢を射るので、安全のため矢尻はゴム製となっていました。新しい実験では水の入ったペットボトルを撃ち抜く実験をするため、矢尻も鋭いものになっています。
使用するカメラは1秒あたり1000フレームの撮影が可能なもので、15mmに設定した広角レンズを装着して矢を発射する人と矢がヒットする対象を同時に捉えようとしています。
まずは水を赤と青に着色した2つのペットボトルをつるし、交差するような形で正面から見て左右に揺れる振り子状態にします。振り子が重なった瞬間に矢を放ち、矢が2つのペットボトルを同時に射抜くことを狙っています。
最初の試行では、矢が2つのペットボトルの間を通過しました。
その後完全に外したり片方のペットボトルだけ射抜いたりしながら繰り返し試行し、ついに2つのペットボトルを1本の矢で貫くことに成功。
ハイスピードカメラによる映像では、放たれた矢がちょうど振り子の重なるタイミングで飛来する様子がよく分かります。
青色のペットボトル上部を貫いた矢はそのまま赤色のペットボトルも貫通。
矢はそのまま後方のターゲットに刺さったため、貫通されたペットボトルの振り子の動きは止まりました。穴が空いたことで水しぶきが舞っています。
続いて、赤色と青色のペットボトルに緑色も追加された三重振り子にも挑戦しています。赤色と青色はほぼ同時に、緑色は対称的なタイミングで揺れています。
難易度が格段に上がったため苦戦を余儀なくされていますが、ハイスピードカメラで矢の動きを捉えているため、「タイミングが早い」「矢の角度が真っすぐじゃない」などを把握して改善を繰り返しています。
実験を繰り返す中で、「三重振り子にしたことで振り子の距離が長くなっており、これを同時に貫くには矢の速度が足りていないのではないか？」とThe Slow Mo Guysは考えました。そこで、弓を使って人力で放つのではなく、クロスボウで発射することになりました。The Slow Mo Guysが用意したクロスボウは直線で約320フィート(約97m)飛ぶ威力のもの。
以下は上が弓矢を使った場合、下はクロスボウによる発射で2つの速度を比較したもの。下のクロスボウの矢が的に刺さったタイミングで人力の矢はほとんど手元に近い位置にあり、クロスボウのスピードがよく分かります。測定されたクロスボウの速度は秒速117m。
クロスボウを用いた繰り返しの試行の末、ついに三重振り子のペットボトルを同時に射抜くことに成功しました。
弓を使って人力で放った矢はある程度放物線を描くため、2つのペットボトルを射抜いた際も斜めに刺さっていました。一方でクロスボウの場合はほとんど真っすぐ矢が飛んでいるため、ペットボトルにも水平に近い形で刺さっています。
ハイスピードカメラによる映像では、三重振り子が重なる瞬間にめがけて矢が飛んでくる様子がよく分かります。
1本目のペットボトルを射抜いた矢はそのまま2本目のペットボトルも貫通。
3本目のペットボトルも射抜いて水が噴き出しています。射抜かれた三重振り子は水をまき散らしながら矢で動きが止められていました。
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