クエリ: 野球の変化球のように、流体中を回転しながら移動するボールの進行方向が変化する現象を、ドイツの科学者の名前から何効果という?
文章: マグヌス効果 マグヌス効果(マグヌスこうか、英: Magnus effect)とは、回転しながら進む物体にその進行方向に対して垂直の力(揚力)が働く現象を言う。マグナス効果とも呼ばれる。ベンジャミン・ロビンス(Benjamin Robins)によって観察された小銃から発射される球形の弾丸が曲がることを説明するにあたって、1852年にドイツの科学者ハインリヒ・グスタフ・マグヌスによってはじめて認識された。
文章: 運動の第3法則 運動の第3法則は、物体の運動を記述する上で、内力と外力の区別を与え、また特に重心の運動の場合には内力の寄与がなくなることを保証する。これにより、もし物体の併進運動のみに興味がある場合、その物体の運動をそれに等しい質量を持つ質点の運動に置き換えて扱うことができる。 文章: メルデの実験 メルデの実験(メルデのじっけん)は、ドイツの物理学者フランツ・メルデが1859年に行った科学実験であり、音叉(のちに改良され電気振動子に接続された)により振動するように張られた弦が作る定常波に関するものである。この実験"a lecture-room standby"は、力学的な波が干渉現象を起こすことを実証しようとしたものである。実験において、反対方向に伝播する力学的な波は、節と呼ばれる動かない点を作る。このような波は節と腹(振動する点)の位置が静止したままであるため、メルデにより「定在波」と呼ばれた。 定在波は、フランツ・メルデにより発見され、1860年頃に「定在波」(standing wave)という語が造語された。メルデは、音叉を使用して弦の共振周波数の2倍で張力を周期的に変化させることにより、弦にパラメトリックな振動を生成した。 文章: 虹 星虹(せいこう、英語: starbow)とは、光速近くで移動する宇宙船から星空を眺めると、ドップラー効果と特殊相対性理論の効果によって、星の見かけの位置が進行方向前方に移動し、進行方向を中心とした同心円状に星の色が変化して虹のように見える、といわれている現象である。英語のスターボウ(starbow)は、雨が作る弓型であるrainbowから、星が作る弓型という意味で作られた造語。また星虹はその直訳語である。 通過する救急車のサイレンや、電車内から聴く踏切の警報など、音源からの距離が連続的に変化することで周波数を圧縮・延伸され、音が歪んで聞こえる現象(ドップラー効果)は日常的に体感することができるが、これらの音波と同じように、相対的に接近し遠ざかってゆく星々から、飛行中の宇宙船に向かって飛んで来る光の波長が圧縮・延伸されることにより色が歪んで見えるため、全体が虹の様に色を帯びて目に映るのではないかと仮説したもの。 しかし、仮に全ての恒星などからの光がすべて単一の波長であるならば赤から紫まで明瞭に色が分かれた虹に見えるであろうが、実際には様々な星が様々な波長の光を放出しているため、七色に分かれた一般の虹のように見えることはない。星のスペクトルを黒体輻射と仮定してドップラー効果による色変化を検証した科学論文によれば、ドップラー効果による色変化は星温度の変化と同様で虹にもドーナツ状にもならないことが示されている。シミュレーションソフトで再現した場合も進行方向に明るく青っぽくなり、側方、後方の星は赤く暗くなる色変化は観測されるが星虹は出現しない。 文章: フーコーの振り子 v t h = 2 ω R sin θ {\displaystyle v_{th}=2\omega R\sin \theta } この計算方法に従うと、東京(北緯35度)で半径50cmのコンプトン・ジェネレーターを水平から180度反転させて流速を測定すると、0.04 mm/s(分速2.5mm)となる。コンプトンの実験結果は、理論値から3%以内の誤差に収まったことが報告されている。 「レンズ・サーリング効果(英語版)」とは、大質量物体(例えば地球)が回転する際に近くにある慣性空間を引きずる現象のことである。例えば、広げた布の上にボールを置き、これを布の上で回転させると布が回転に引っ張られるが、同様に地球の自転によっても発生し、結果としてフーコーの振り子の振動面の回転に歳差運動が生じると考えられる。これは一般相対性理論により予言された。 文章: トルク 回転運動に関する量には、直線運動で成り立つ法則に対応する類似の法則を見出すことができる。これは法則が似るように回転運動での量を定義したものだからである。トルクは「力」そのものではなく「力のモーメント」であり、慣性モーメントは質量に距離の2乗をかけたものである。 文章: プルフリッヒ効果 ドイツの物理学者カール・プルフリッヒが1922年に発見した。この錯視は、暗いところで物を見た時に、明るいところで見た時よりも脳での知覚が遅れることに由来する。専門的に言うと、脳の視覚野において、低輝度の画像を処理する時間の方が、高輝度の画像を処理する時間よりも長くかかる。そのため、片目の視野だけを暗くし、運動する物体を見た場合、暗い方では明るい方と比べて一瞬前の物体の映像が知覚され、その両目での知覚のズレが「視差」として感じられる。 文章: カーリング 経験的にカールは次のような特徴をもつ。カールの効果は氷の状態によって大きく変化するものの、極めてはっきりしており、通常、曲がりの大きさは元の軌道と比べてストーンの停止までに1メートル前後にも達する。まったくペブルのないアイスの方が曲がりは大きいが摩擦も大きくなり遠くまで飛ばなくなるため、ペブルの存在はカールよりも摩擦の低減に寄与している。ストーンの角速度(回転の速さ)はカールの効果に顕著に影響しないことが知られており、幅広い角速度の範囲で回転は曲がる方向を決めているにすぎない。角速度の大き過ぎるストーン(スピナー)はむしろ余りカールしなくなり、ストーンの角速度は通常ハウスまで2 - 3回転程度となるよう小さく保たれている。また、カールの効果もハウスに近づきストーンの直進速度が小さくなってから顕著になることが知られている。 だがこうしたこと以上に物理的に興味深いことは、カーリングのストーンが、回転しながら接触面の上を進む物体が摩擦によって曲がると普通予想される方向とは逆に曲がるということである。カーリングのストーンでは、そのコースは回転方向と同一の方向、すなわち、上からみて反時計回り(右手のアウトターン)に弱く回転させたストーンはハウスに近付くにつれて進行方向に向かって左に、時計回り(右手のインターン)は右に曲がる。ストーンの氷との接触面であるランニング・バンドと同様にリング状の接触面を持つものとして、机の上で反対向きに伏せたグラスなどを同じように回転させながら滑らせてみると、グラスはカーリングのストーンとは逆向きに曲がっていく。すなわちグラスにおいてはカールの方向は反時計回りで右となる。 グラスの曲がる方向は通常の摩擦の考え方で理解できる。以降、上からみて反時計回りに回転する場合のみを考える。進行方向を変えるのは進行方向に直交する摩擦の成分である。これは主にリング状の接触面の進行方向前部と後部の摩擦力が寄与する。対して、接触面の左右は横向きの正味の力をほとんど生み出せないため曲がりにはほぼ寄与しない。グラスの重心が接触面よりも上にあるために、グラスの接触面前部における方が後部よりも押さえつける力が大きい。よって、通常の動摩擦の関係のように接触面への力が大きいほど摩擦力も大きいとの関係が満たされるとき、接触面前部による進行方向右向きの摩擦力の方が後部の左向きの摩擦力より大きくなり、進行方向右向きの正味の力が生まれることになる。 文章: 山内壮馬 平均球速約143km/hの速球は打者の手元で沈むクセ球(いわゆるシンカー)であり、変化球はスライダー、シュートなどを投げる。 本人が名城大学硬式野球部コーチへの就任後に語ったところによれば、大学3年時にカットボールの投げ方を身に付けたところ、ストレートが横の方向へ回転するようになったため制球力が落ちたという。本人曰く、「その時には(自分なりの)感覚で修正できたが、中日への入団後にも同じような現象に陥った。身体が横の方向へ振れていることが分かってから投球フォームを修正できたものの、結構苦労した」とのことである。 文章: バウアンルーレット バウアンルーレットは、ドイツで考案されたらしいゲームである。複数の会社から販売されている。チロリアンルーレットという商品名でも知られている。バウアンルーレットという名前は、これが「貧乏人のルーレット」であることを示している。バウアー(Bauer)とは、ドイツ語で「農民」、「農業従事者」、「主にヨーロッパの農業労働者階級の一人」を意味する。バウアンルーレットでは、6個の木製のボールが入った木製の円形のプレイ面の中央で、独楽が回転する。ボールはランダムな方向に跳ね返り、表面にあるいくつかの中空のくぼみの中に入ったり、小さな穴を通って回転面の外にある部屋に入ったりする。一般的には、この外側の部屋にボールを入れることで最も多くの得点が得られる。熟練したプレイヤーは、30秒以上動き続けるようにコマを回転させることができる。 文章: ボーア効果 ボーア効果(ボーアこうか、英語: Bohr effect)とは、血液内の二酸化炭素量の変化による赤血球内のpHの変化によりヘモグロビンの酸素解離曲線が移動すること。生理学者クリスティアン・ボーア(ニールス・ボーアの父)により発見された。ヘモグロビンの酸素解離曲線がpHの低下や温度上昇などの変化によって右方変移することで末梢で酸素を解離しやすくなり、pHの上昇や温度低下などで左方変移することで結合しやすくなる効果である。 文章: ボールの跳ね返り運動 地面に衝突すると、ボールの衝突角度や角速度に応じて、並進運動エネルギーの一部が回転運動エネルギーに変換されたり、あるいは逆に回転運動エネルギーの一部が並進運動エネルギーに変換されることがある。ボールが衝突時に地面と水平の方向に動く場合、摩擦力はボールの進行方向と反対の向きの「並進」成分を持つ。上の図では、ボールは右に移動しているため、摩擦力はボールを左に押す向きの並進成分を含む。さらに、ボールが衝突時に回転している場合、摩擦力はボールの回転と反対の向きの「回転」成分を持つ。この図では、ボールは時計回りに回転しているため、地面と衝突する点は、ボールの重心に対して左に移動している。したがって、摩擦の回転成分はボールを右に押す向きに働くことになる。垂直抗力や重力とは異なり、これらの摩擦力はボールにトルクを及ぼし、ボールの角速度(ω)を変化させる作用がある。 ボールの回転の影響については以下のような事例が考えられる。 地面が角度θだけ傾斜している場合、ボールに働く力などを含め全体が角度θだけ回転するが、重力だけは変わらず鉛直下向きに作用する(すなわち、地面と角度θをなす方向)。このとき、重力は地面に平行な成分を持つため、その成分が摩擦に寄与しボールの回転にも寄与する。 文章: エルンスト・マッハ 超音速気流の研究でも有名であり、静止流体中を運動する物体が音速を超えた場合、空気に劇的な変化が起き衝撃波が生じることを実験的に示した(1887年)。この実験には、当時の最新技術であった写真撮影が用いられた。この業績にちなみ、圧縮流体中における物体の速度を音速との比であらわした値について、彼の名前を冠し「マッハ数」と呼ばれている。科学史の分野では『力学の発達』(1883年)、『熱学の諸原理』(1896年)、『物理光学の諸原理』(1921年)が科学史三部作と呼ばれる。『力学の発達』1883年では、当時の物理学界を支配していた力学的自然観を批判した。ニュートンによる絶対時間、絶対空間などの基本概念には、「形而上学的な要素が入り込んでいる」として批判した。この考え方はアインシュタインに大きな影響を与え、特殊相対性理論の構築への道を開いた。そしてマッハの原理を提唱した。 文章: 卓球 スピンパラメーターの値は正と負の両方を取り得るが、対象とするバウンド面上でボールが加速を受ける回転方向のものを正として、デュレとセイデルの検討では打法ごとについて表に示した値が報告されている。一般に、ボールの回転数が大きいほど、また、ボールの速度が遅いほど、スピンパラメーターは大きくなる。スピンパラメーターが1を超えると、スピンの効果が打球速度のそれを上回り、ボールは対象面上において前進方向へ加速を受けることができる(例: ドライブ打法による前進するバウンド)。反対に、スピンパラメーターが-1より下回っていると、対象面との接点の反対側において、ボールは進行方向と逆向きに局所運動している(例: カット打法によるボール)。また、ボールが飛行中に受ける揚力(マグヌス力)ひいては軌道の変化の度合いも、スピンパラメーターの値に依存する。 サービスにおける打球などを含めて、無回転のボールを打球すると、スイングの方向に応じたスピンがかかる。スイングでボールに与えるエネルギーの相当量がスピンの発生に用いられるため、無回転のボールに回転をかけて狙いの方向へ飛ばす為には、ラケットのスイングや打球面の角度の調整に注意を払う必要がある。 次に、強いスピンがかかったボールに応じる例として、プレーイングサーフェスに対して大きな正のスピンパラメーターをもつ打球(ドライブ打法等の上回転の打球)をリターンしなくてはならない局面での、打法の原則を示す。 文章: 旋光 直線偏光の向きが回転する現象は、1800年代初頭、分子の性質が理解される前に既に観測されていた。ジャン=バティスト・ビオは初期の研究者の1人である。その頃からグルコースなど単純な糖の溶液の濃度を測定するのに簡単な旋光計が用いられていた。実際、グルコースの1つであるブドウ糖(右旋糖、dextrose)の名称は、直線偏光を右(dexter)側に回転させる性質に由来する。同様に、フルクトース(左旋糖、levulose)は左(levo)側に回転させる事から命名された。フルクトースの左旋性はグルコースの右旋性よりもずっと強く、フルクトースをグルコースの溶液に加える事によって得られる転化糖の名称は、反応によって旋光の向きが逆転することが元になっている。 文章: モンロー/ノイマン効果 ノイマン効果(英: Neumann effect)とは、ドイツの科学者、エゴン・ノイマン(Egon Neumann)が1910年に発見した、モンローの円錐形のくぼみに金属板で内張り(くぼみと同じ形の金属の円錐をはめ込むこと)をすると穿孔力がさらに強くなる現象。 爆轟が進行して金属の内張りに達すると、爆轟波によりライナーは動的超高圧に晒されユゴニオ弾性限界を超える圧力に達すると固体の金属でも可塑流動性を持つようになり、液体に近似した挙動を示すようになる。これにより、融着体と呼ばれる金属塊となって前方へ超音速で飛び出していく(これをメタルジェットと呼ぶ)。 一般に、高温高圧で金属が蒸発して金属蒸気が飛び出すと言う誤解があるが、5000 m/sを超える速度では爆発熱が金属材料に伝わるだけの時間がないため金属は高温にはならない。メタルジェットは「高温の金属ガス」でも「高圧の金属ガス」でもない。メタルジェットは冷間で超音速で挙動する可塑性を持つ固体金属である。