hirax.net::inside out

最新記事(inside out)へ  |   年と月を指定して記事を読む(クリック!)

2016年5月 を読む << 2016年6月 を読む >> 2016年7月 を読む

2016-05-29[n年前へ]

続々「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?  share on Tumblr 

 続「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?で撮影した、グラスに注いだギネスビールの泡が下へ下へと静かに沈んでいく「ギネスカスケード」の近赤外線による撮影を、今朝は朝日が地平線に昇る時間からリトライしてみました。…どういうことかというと、真横から指す「赤外線をタップリ含んだ(平面状の)太陽光で照らされたギネスビールのグラス断面を赤外線で撮影」し、グラスの中で生じている泡の動きを高精細に撮影してみよう!という試みをしてみたのです。

 下に貼り付けたGIF動画が、(朝日を浴びつつ)試行錯誤の末に撮影した結果です。グラス中央で上昇すると泡(やビール液体)と、グラスの端部分では下方へと押し下げられていくギネスビールと泡が見て取れます。…ちなみに、ギネスビールの泡の粒径は小さいために、流体と泡はほとんど同じような動きをします。

 ギネスビールのグラス内側で、「光る包丁」のような朝日につれられて上昇と下降をし続ける泡実験をしていると、そして告ぐ度にギネスビールを飲んでいると…「早朝からのギネスビールはイマイチ」ということに気付かされます。

続々「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?






2016-05-03[n年前へ]

ドローンヘリ映像から、熊本城の3次元像を生成してみる…。  share on Tumblr 

 ANNnewsCHの熊本城のドローン撮影映像から、3次元点群やポリゴンを作成してみた。撮影したドローン技術屋さんが、地震後に傷ついた熊本城の姿を映し出すためにどのようなドローン軌跡を描いたのかとか、そんなことが目に見えてくるのは興味深い。

 そしてまた、ドローン映像だと「その瞬間」にカメラに写る映像しかわからないから、地震の時に「瓦が落ちたのはほぼ天守閣だけ」なんてことも、映像には確かに写っていても意識することは難しい。けれど、こんな3Dモデルを、自分の意識に沿って、自分の腕でマウスを動かして、自分の目でゆっくり眺めてみれば、容易にわかったりもする。

ドローンヘリ映像から、熊本城の3次元像を生成してみる…。






2016-04-30[n年前へ]

続「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?  share on Tumblr 

 「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?で、グラスに注いだギネスビールの泡が下へ下へと静かに沈んでいく「ギネスカスケード」を、近赤外線で撮影することで「可視光では見えないギネスビールの内側の泡の動き」を可視化してみました。今日は、撮影を再度行った上で、撮影した動画にParticle Image Velocimetry(PIV)を掛けて、速度場を出してみることにしました。

 まず、今回再撮影した動画は、近赤外線カメラのピント位置をグラス中央にして、グラス中央断面の泡が(他の場所の泡に対して)写りやすいようにします。本来は、投光する近赤外線光もグラス中央断面にのみに平面状で当てることで、さらにグラス中央断面に沿った泡のみが写るようにしたいところですが、今回はカメラのピント位置調整だけを行いました。その状態で撮影したのが、下に貼り付けた動画です。ちなみに、撮影した場所は、右に貼り付けた画像のように、グラスの真ん中あたりの領域です。

 Youtubeにアップロードした動画では、画像圧縮のために泡が見えづらいですが、それでもグラス中央で立ち上る泡や、グラス端部に近い領域では沈降していく泡のようすが動画から見てとれます。泡の動きを描いた矢印の色は上下方向の速度を示していて、赤い色で描かれた矢印は上昇速度が速い泡が多い状態です。グラス中央では、上向きの赤い矢印が多い…つまり、グラス中央部では泡が上昇していることがわかります。

 そこで、PIVにより描き出したギネスカスケード中の速度場のようすが、下に貼り付けた図です。(動画では視認される)グラス外周の泡沈降のようす抽出できていませんが、グラス中央で生じている泡が上昇しているさまは見えています。ギネスビールが可視光では黒茶色で不透明なために、不思議に見えるギネスカスケードですが、近赤外線で撮影した上で泡の動きの速度場を眺めてみると、自然で当然の現象であることがわかります。

続「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?続「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?続「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?






2016-04-27[n年前へ]

「(泡が下へ沈んでいく)ギネスカスケード」を近赤外線で撮影してみよう!?  share on Tumblr 

 もう3年近く、知人のシミュレーション屋さんが「ギネスカスケード」シミュレーションを続けている。「ギネスカスケード」というのは、グラスに注いだギネスビールの泡が、下へ下へと静かに沈んでいく現象だ(参考:続 「ギネスビールの下に沈む泡」をOpenFOAMで計算してみよう!?)。この現象を、偏微分方程式ソルバのOpenFOAMで計算するだけでなく、(計算の信頼性を上げるべく)実験を比較している。

 ただ、ほんのかすかに少しだけ残念なことに、実験撮影動画の方は、グラスの外部から見た・その表面から見える泡のようすしかわからない。なぜなら、濃い黒茶色のギネスビールでは、グラスの内部で何が起きているかはわからない。シミュレーション動画では、ギネスビールが注がれたグラスの内部挙動がわかる一方で(そういうことができるのがシミュレーションの良さでもある)、実験動画の方ではほんとうに外部表面のさましかわからないのが少し残念だ。

 …というわけで、近赤外線カメラで「グラスにギネスビールを注いだようす」を撮影してみた。つまり、近赤外線の目で眺めれば、ギネスビールはほぼ完全に透明なので、グラス内部でどんな流体と窒素の泡の相互作用が起きているかを(シミュレーション動画と同様に)眺めることができる…というわけだ。下に貼り付けた動画は、透明なグラスに透明なサイダーのような炭酸飲料を注いでいるように見えるが、実際には透明なグラスに、(可視光では不透明で濃黒茶色の)ギネスビールを注いでいるようすである。

2016-04-24[n年前へ]

「かぐや」が眺めた月の姿を眺めてみよう!?  share on Tumblr 

 「かぐや」が撮影した画像データを使った月球儀コントローラがとても面白かったので、(国土地理院のドローンヘリが撮影した動画映像から、阿蘇大橋近くの3次元地形図を生成してみたのと同じように)かぐや撮影画像(©JAXA/SELENE)からphotogrammetry的に3次元メッシュ生成して表示してみました。WEBサイト(ソフト)で公開されている3Dレンダリングソフト画像をもとにして、月の表面に刻まれた、過去の月表面への衝突が作り出したクレーターの凹凸地図を今や誰でも描ける…というのは不思議な気分です。

空の声が聞きたくて、風の声に耳すませ、
海の声が知りたくて、君の声を探してる。

「海の声」 篠原誠

「かぐや」が眺めた月の姿を眺めてみよう!?「かぐや」が眺めた月の姿を眺めてみよう!?「かぐや」が眺めた月の姿を眺めてみよう!?






2016-04-23[n年前へ]

国土地理院ドローンヘリ映像から、阿蘇大橋近くの3次元地形図を生成してみる…。  share on Tumblr 

 福岡県西方沖地震の後に、国土地理院がドローンヘリで撮影した動画を元にした3D地形図が公開されている。撮影動画自体もYoutubeで公開されているので、その動画を使って(自分でも)撮影されている風景の3次元形状復元をしてみた。たとえば、下のレンダリング画像は、得られた3次元メッシュを(モデラ・レンダラの)Blenderでレンダリングしてみたものだ。

 また、自分で3次元形状を生成してやれば、さらに下に貼り付けたような(国土地理院が提供している3Dマップより)高解像度な形状を得ることもできる。そのようにして得られた3次元の世界を、たとえばヘッドマウントディスプレイ(HMD)で立体視したりすれば、土砂の流れもわかりやすく感じられる。

 今や、簡易なフルカラー3次元空間程度のものであれば、スマホで撮影した動画や、TVで流れているような誰かが撮影した空撮動画などからでも、誰でも作れる時代だ。

国土地理院ドローンヘリ映像から、阿蘇大橋近くの3次元地形図を生成してみる…国土地理院ドローンヘリ映像から、阿蘇大橋近くの3次元地形図を生成してみる…国土地理院ドローンヘリ映像から、阿蘇大橋近くの3次元地形図を生成してみる…国土地理院ドローンヘリ映像から、阿蘇大橋近くの3次元地形図を生成してみる…。国土地理院ドローンヘリ映像から、阿蘇大橋近くの3次元地形図を生成してみる…。






2016-04-17[n年前へ]

「レーウェンフックのスケッチ」と「フェルメールと印刷プロセス」  share on Tumblr 

 「レーウェンフックのスケッチは、あの画家フェルメールが描いたという説が!」というコメントを理科実験界隈で聞いた。それを聞いた時に考えたことを、少しここに書いてみる。

 この「説」が流れ始めたのは、「あの」福岡伸一さんの影響だろうか、たとえば(ANAが出している雑誌記事で最初に見た気もするけれど)右に貼り付けたような新聞記事にもなっている。…けれど、この記事にはいくつもの疑問がある。福岡先生は、オリジナルの手稿(オリジナルの素描)の変遷を時代的に追えるほどに十分に見たのだろうか?とか、そもそもレーウェンフックが観察を行い・その記録を出版した多くの時代はフェルメールが亡くなってからだということはどう説明するのだろう?とか、そもそも「(当時は)熟練のーけれど油彩画ではなくてー別種の画家の力を借りるのが当然だった」ということに言及していないのはなぜだろう?といった疑問だ。

 今現在眺めることができる「レーウェンフックが描いたスケッチ」というものは、多くのものが「レーウェンフックの自筆スケッチ」ではない。英国の王立学会(王立協会)の解説記事がわかりやすいけれど、現在「レーウェンフックのスケッチ」として眺めることができるほぼ全ての絵は「レーウェンフックの自筆スケッチとコメントを元にして銅版画家(油彩画画家ではなく)」が描いた上で印刷されたイラスト」だ。ちなみに、左下にはりつけたのは、王立学会解説記事で使われている希少なこれは希少なレーウェンフックの自筆スケッチで、右側はそれを銅版画家がトレースして(そのプロセスから必然として)反転すると同時に、(レーウェンフックの観察文言を元にして)銅版画家の想像力が作り出した銅版画化された世界だ。

 当時の印刷プロセスを考えれば、その当時の時代技術を考えれば当然のことであるのだけれども、「描いた絵」をー銅版画家ーが描き直す必要があった。もちろん、そもそも「絵を描くこと」ができない研究者も多いので、(王立学会記事にしたがえば、”レーウェンフックの場合は、本人が元スケッチを描いた”けれど)他の研究者の場合にはー銅版画家に回す前にーまず最初の画家に描いて貰うことで=観察した研究者・イラストを描く画家・銅版画家…のトータル3人の感覚に描画技術を経て作り出されるのが普通だった。もちろん、当時は銅版画家が「想像で書く」ことも一般的だったので、レーウェンフックの自筆スケッチと観察文面とを踏まえて、銅版画家が想像力で加筆をすることも普通だった。つまり、「科学者が(銅版)画を描く技術が無いので、(銅版)画家に描いてもらう」ことは普通だった。

 福岡伸一さんが書かれる一連の記事は、まるで小保方さんのように「人が欲しがるもの・ツボ」に通じていて…だから、そういうコメントが(興味を惹くために)理科実験界隈で出てくることについては…何か少し考えさせられてしまったりする。

「レーウェンフックのスケッチ」と「フェルメールと印刷プロセス」「レーウェンフックのスケッチ」と「フェルメールと印刷プロセス」「レーウェンフックのスケッチ」と「フェルメールと印刷プロセス」「レーウェンフックのスケッチ」と「フェルメールと印刷プロセス」






2016-04-16[n年前へ]

両瞳に映り込んだ世界から3D世界を復元してみよう!?  share on Tumblr 

 政党ポスター中の三原じゅん子を見ると、その瞳に照明もしくは明るいレフ板が写り込んでいるようすがわかります。さすがに女優さんらしく、下部には大きな女優ライト風照明(もしくはレフ板)が使われているな…と思いながら、ふと「両目の表面に映り込む世界は、目の幅で配置された超魚眼カメラで撮影した世界だから、そのステレオカメラから(三原じゅん子さんが見た)立体世界を復元できないだろうか?」と考えました。

 そこで、三原じゅん子さんの左右両目の瞳表面に反射して見える魚眼世界を、適当に歪み補正した上で、両眼視差から距離マップを復元しよう!としてみたのが下図に示す結果です。…残念ながら、今回は「それっぽい」世界を得ることができませんでした。

両瞳に映り込んだ世界から3D世界を復元してみよう!?両瞳に映り込んだ世界から3D世界を復元してみよう!?両瞳に映り込んだ世界から3D世界を復元してみよう!?両瞳に映り込んだ世界から3D世界を復元してみよう!?






2016-04-12[n年前へ]

機械学習が作り出したレンブラント新作絵画を3D世界で眺めてみる!?  share on Tumblr 

 オランダ金融機関であるING グループとマイクロソフトが、「レンブラントの作風を表面の凹凸までコンピューターで再現する」新作品を機械学習で生成した上で、それ風のテクスチャ(3D形状)を作り出してUVインクジェットプリンタでプリントした…という”The Next Rembrandt”プロジェクトの成果が数日前に流れました。これは、レンブラントが1632年から1642年までに描いた、白い襟の黒い服を着た右向きの白人の顔の構図や配置(顔のパーツの位置関係比率)を機械学習で再現させて(色画像を眺めると”筆致を再現するスタイル行列的な処理はなされていないように見えます”)、生成された色画像の方向性(と高さ分布の対応)とレンブラントの時代の油絵において用いられていた色種毎の高さ(色重ね)ルールから作り出された画像のようです。

 そこで、”The Next Rembrandt”サイトの説明用として使われている出力画像データから、レンブラントの新作を3D世界で眺めてみた例が上の画像です。こうして眺めてみると、レンブラントの新作というよりは、レンブラント風のレイアウトの画像に適当にテクスチャ(3次元形状)を付加したものにしか見えません。

 しかし、それでは「そんなものはつまらない」かというと…そんなこともないような気がします。なぜならば、こういった処理は今や誰でも(多少のデータアクセスをして・少しのコードを書けば)作り出すことができるものであるからこそ、誰でも「レンブラント風の新作」を作り出すことができる(そして3D世界で”新作"絵画を眺めることもできる)…という面もあるからです。

機械学習が作り出したレンブラント新作絵画を3Dで眺めてみる!?






2016-04-11[n年前へ]

ビル風が歩行者など人体に及ぼす影響(特に女性の髪とスカート限定)  share on Tumblr 

 昨年の今頃は、制服スカートがめくり上がる力は「ほぼ100〜150グラム重」で、風速でたとえると秒速10m弱…という法則を裏付ける実験経験をしていました(「風でスカートがめくれちゃう問題」を解いてみよう!?)。世の中で、もしもスカートをめくる風に関する「風速実験」「シミュレーション計算」「現象分析」の三題噺ならぬ三種競技があったなら…たぶん、日本で一番の経験(理解…とは違います)を持つ自信があります。…そんなことを考えながら、第56回オープンCAE勉強会@関東(流体など)に学び・遊び行くと今野先生から「ビル風の基礎知識(風工学研究所)」に記載されている「歩行者に対する強風の影響とその評価尺度に関する研究」を教えてもらいました。

 そこに書かれていたのは、「ビル風による弊害」の尺度を決めるための研究で、「傘の破損」や「転倒」といったよくありがちな問題に加えて、「女性の髪の乱れ」や「スカートの乱れ(多少乱れるとか、乱れるとか)」でした。さらに書けば、そこに書かれていたのは、秒速数mくらいの風が吹くと、女性のスカートが乱れる…という結果で、これまでの研究(計算&実験)を評価関数的にも裏付ける結果でした。

 そうした実験をしてみると、「風でめくれるスカート」の科学!「涼しく晴れた朝の地下鉄駅をドジっ娘が走る」とスカートは必ずめくれる!?の法則に書いたように、秒速6〜10mくらいで、スカートがめくれ上がり始めるという…当たり前の結果になります。

2016-04-10[n年前へ]

フェルメールが描いた「天球儀」の中に没入して、その宇宙に浮かぶ「地球儀」を眺めてみよう!?  share on Tumblr 

 17世紀のオランダ画家ヨハネス・フェルメールが「地理学者」や「天文学者」で描いた「地球儀」や「天球儀」が展示されているBnF × DNP ミュージアムラボ 『フランス国立図書館 体感する地球儀・天球儀展』(五反田DNPミュージアムラボ)の、大日本印刷(DNP)がデジタル・スキャニングした3Dデータはフランス国立図書館(BnF)のデジタルアーカイブサイトGallicaにアクセスすると(そしてゴニョゴニョすると)、自分のコンピュータの中でも使えるようになります

 今日は、フェルメールが描いた「天球儀」の中に地球儀」を浮かべた上で、その世界の中に自分が入り、(ヘッドマウントディスプレイである)Oculus Riftで眺めてみました。下に貼り付けた動画は、過去の天球儀と地球儀の世界に入り込み(没入し)、Oculus を被った私が眺めている世界をWindow表示している映像例です。下の動画では、没入している感覚はありませんが、Oculusで眺めている本人は、左右視差の立体表示で眺める全方向に…過去の宇宙や地球(世界)が目に見え・没入している状態です。

 過去に生きた人たちが考える世界(Armillary sphere)の中に没入し、その宇宙に浮かぶーその時代に考えられたー地球の姿を近くから、あるいは遠くから眺めるのは…とても楽しい体験です。

 五反田DNPミュージアムラボでも、天球儀の中に入るVR展示はしていますが、こんな風に視点を変化させて眺めることはできなかったり、地球儀を同時に眺めたりすることはできません。…というわけで、フェルメールが描いた「天球儀」や「地球儀」を体験してみたい人は…フランス国立図書館(BnF)のデジタルアーカイブサイGallicaにアクセスしてデータをゴニョゴニョするのが良いかもしれません。

2016-04-09[n年前へ]

「こどもごころに計算技術をトッピング」「計算世界をインタラクティブ/没入体験」  share on Tumblr 

 第56回オープンCAE勉強会@関東(流体など)の発表で使用したスライド(の一部)をここに置きました。発表した演目は、題して「こどもごころに計算技術をトッピング」「計算世界をインタラクティブ/没入体験」のチープ2本立て、です。

 新宿のビルに囲まれた桜咲く公園のベンチに座り、周囲のビルの周りに吹く風を想像しながらパワポスライドを作り、ビルの中で話をして、ビル風の専門家からのアドバイスを受けるという面白い体験をする…のが、2016年の4月9日でした。

2016-04-03[n年前へ]

コンピュータが計算した流体シミュレーション結果の世界中にOculusを被って没入体験してみる!?  share on Tumblr 

 秋葉原を舞台に、(スカートをめくり上げてしまう)流体シミュレーションをOpenFOAMででした結果、コンピュータ中で計算された流体シミュレーション結果の世界に、VRヘッドセットのOculusを使って入り込んでみました。たとえば、試しにマネキンヘッドに計算流体世界に没入して眺めてみると、およそこんな感じです。

 ちなみに、来週(勉強&遊びに行く)オープンCAE勉強会には、(優秀な若人から借りた)OculusDK2を持って行くつもりなので、そこでは秋葉原の流体シミュレーション世界に没入体験をすることができるはずです。

 今やゲームエンジンが作り出す世界に入り込む(一見リアルに思える)体験を普通にすることができるようになりました、…だけど、それでも手元のコンピュータ中にいる…とても小さなCPU(中央処理装置)の出力結果の中に没入体験することができるというのは…何だかとても新鮮で楽しく感じます。

コンピュータが計算した流体シミュレーション結果の世界中にOculusを被って没入体験してみる!?






2016-03-28[n年前へ]

(他の硬貨ではダメだけど)100円玉を落とすと…チャンネルが変わる昭和のテレビジョンのナゾ!?  share on Tumblr 

 花見に行った先で若い学生さんと話していると、彼女のお父さん(どうやら1960年代後半生まれくらいらしい)が「昔のテレビは、近くで硬貨をじゃらじゃらと落とすとチャンネルが変わったものじゃ」と話していたという。しかも「そのリモコンを誤動作させることができる硬貨は、100円玉限定だった」と語っているらしい。…この不思議な話、探偵!ナイトスクープ的な謎を昨日(twitterで尋ねつつ)調べてみた。
 すると、まずわかったことは、そのテレビはおそらく昭和46年(1971)発売の三洋(サンヨー)が発売した超音波式リモコンの初代ズバコン(もしくは二代目)だろうということだった。三洋が出したTVリモコンたるズバコンは、特定周波数の超音波を頼りにリモート制御をするので誤動作が多く、発売されたもののいくつもの問題を起こした機種である。…なにしろ、”硬貨や鍵をチャラチャラさせる音などでもリモコンが勝手に動くなどという重大な欠陥が・・・その誤動作で切ったはずのテレビが留守中に勝手につき、加熱で火事になりかけたという苦情があった。これは国会でも取り上げられるほどの問題になった”というくらい、日本のワイドショーを賑わしたテレビ・リモコンなのである。

 初代ズバコンは右上写真のような感じの超アナログリモコンで、この機種は誤動作が非常に多く、およそ1年あまりで市場から消えたらしい。そして、三洋ズバコンの(次の写真のような)2代目は超音波を周波数変調することで誤動作を防いだはずだったが…誤動作をゼロにすることはできず(しかし結構売れたので)やはり誤動作に悩まれたらしい。

 問題は、なぜ「そのリモコンを誤動作させる硬貨は100円玉限定だった」と彼女のお父さんを振り返らせるに至ったか、だ。それは、純粋に物理的問題として考えるべきだろう。

 …当時は、500円玉なんて無い時代だから、1,5,10,50,100円玉くらいを考えれば良いだろう。すると、まず、アルミニウム製で(他の硬貨に比べて密度が数分の一程度と)低い1円玉では超音波発生量は、少ないだろうということがわかる。なぜかというと、固有振動周波数は(記憶が確かなら)大雑把には密度のルートに反比例するからだ。

 そして、残りの5,10,50,100円玉を考えると、銅にニッケルを混ぜた(あるいは時代的にはその前の使われていた、銀が入った)100円玉が一番密度が高い。つまり、銅に錫や亜鉛を混ぜた5円玉や10円玉より密度が高いし、同じ素材の50円玉よりは、穴が開いていない分だけ、低周波の(周期が長い)固有振動は生じにくそうに思える。…ということは、100円玉同士がぶつかる状態が一番超音波が発生するのが自然だろう…ということになる。

 という話をしていたら、iPhoneアプリで硬貨がぶつかった時の音波周波数分布を試し計測をしてくれた人がいる(右画像)。これは、超音波帯に決して感度はないiPhoneマイク(&回路)で解析した結果だけど、先入観100パーセントな目で見れば、100円玉は確かに高周波が多そうだと感じられてしまうデータでもある。

(他の硬貨ではダメだけど)100円玉を落とすと…チャンネルが変わる昭和のテレビジョンのナゾ!?(他の硬貨ではダメだけど)100円玉を落とすと…チャンネルが変わる昭和のテレビジョンのナゾ!?






2016-03-27[n年前へ]

「氷と食塩で冷やすアイス作り実験」と「華氏や摂氏の定義」  share on Tumblr 

 花見に行った先で「(こども向けの)アイスを作る実験」をやっていて、それをとても楽しく興味深く眺めた。「面白かった」一番の理由は、その実験過程を説明するには、どう考えたら良いのだろう?」と考える過程が何より面白かった。
 実験自体は単純で、「ビニール袋に氷と食塩を入れて、そこにビニール袋に入れた牛乳とかアイスの材料を入れて、振ると、アイスができる」というものだった。問題は「塩を入れることがなぜ効果的で必要か」ということだ。TV番組の解説なら、「凝固点降下で温度が下がるから」といった答えが用意されるのだろう。しかし…それはもちろん正解なのだろうけど、それで納得できるのは、「ものわかりが良くて”頭が良い”人」だけに違いない。
 冷凍庫から出した氷はだいたいー18度〜−20度くらい。少し暖まった状態で、−15度くらいというのが普通だろう(実際に冷蔵庫から出した氷の温度を計ってみると−19度だった)。そんな氷に塩化ナトリウムを濃度を高く振りかけたとしても、(溶液の)到達温度はせいぜい−20度強程度…つまり、”氷と水と塩で到達可能な最低温度”という歴史的定義の、ほぼ0ファーレンハイト(華氏)な温度にしかならないだろう(おっと、この問題には温度の定義の歴史まで登場したぞ)。…すると、熱伝導的には−20度弱の氷が−20度強になったところで、アイスの材料を「冷やす効率」に関しては何の違いも生まれそうにない。そこで、もう少し、生じそうな現象を追いかけて想像して・考えてみる。
 まず、必要事項としてありそうなことは「アイスの材料を包むビニール袋の周りにあるのが固体の氷だけだと、ビニール袋の周りに必ず空隙ができてしまい、空気を介しては、(空気の比熱や熱伝導率を踏まえると)熱伝導率的に圧倒的に冷却効率が悪い」ということだ。それに、氷の比熱とアイス原材料の比熱を考えると、アイス原材料のそれの方が2倍程度大きい程度だろう。そして、それらの温度が(単純のために)それぞれ−20度と20度くらいとすると、そして体積というか重量がおそらく同じ程度だとすると、「氷は必ず溶けざるを得ない」ということになる。さらに、これらから「アイスの周りは氷が溶けた液体が(熱伝導の効率的には)いるべきだし&ある時点からは(熱エネルギー的に)必ずいる」ということになる。
 すると、この時点でようやく、ビニールの周りの温度が(氷が溶けつつある水の温度である)摂氏ゼロ度の水か(塩と氷と水が作り出す最低温度である)華氏ゼロ度の食塩水と…そのどちらである方が熱伝導的に好ましいか?という話になりそうだ。すると、当然のごとく、食塩を入れることがアイス実験的に必要だ」ということになる。
 こども向け実験ってあまり見る機会が無いから面白かったけど、…もしも(こども向けでなくて)大人向けのアイス作り実験とかあったなら、一体どんな内容になるんだろうか。

2016-03-22[n年前へ]

続:北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?  share on Tumblr 

北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!? で行った秋葉原の街中に吹く風の流れを計算した結果を、同じ視点から・同じ構図で見たGoogle Earth(Google Map)の実写画像に重ね合わせてみました。実写風景に重ね合わせながら、コンピュータの中で計算された風の動きを眺めてみると、風の気持ちや心の動き…ならぬ流体の動きが一目瞭然に見えてきて、面白いものです。
 そして、下記のような質問メールの状況における、「危険地帯」が見えてくるような気がします。

 数ヶ月に一度くらい「スカートがめくれやすい場所や日時を教えて下さい」とTV番組の(しかもまだ企画中の)ディレクタさんからメールが届いたりします。…そんな時のFAQとして、今日は、日本が誇る電脳都市である秋葉原を例にして、その回答例を書いてみることにします。

北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?

 こんなふうに、見慣れた街並みの日常風景に(秋葉原を見慣れてる…のは一般的ではないのかもしれませんが)、直接それを見ることはできないけれど・間接的にしかその存在を知ることができないようなものを、実際に眺めることができるようにしてみると、少し新鮮に感じます。

 さまざまな現象をリアルタイムにセンシングして、その計測結果を使ってリアルタイム物理計算を行い、そのシミュレーション結果を実写に重ね合わせつつ表示してくれるVR/AR/MR的な電脳メガネは…あと何年くらい待てば手に入るのだろう?と考えたりします。

続:北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?続:北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?続:北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?






2016-03-21[n年前へ]

北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?  share on Tumblr 

 かつて、「人生で必要な科学は、全てスカートやブラジャーで学んだ!」などとホラを吹いたというか嘘をついたせいで、数ヶ月に一度くらい「スカートがめくれやすい場所や日時を教えて下さい」とTV番組の(しかもまだ企画中の)ディレクタさんからメールが届いたりします。…そんな時のFAQとして、今日は、日本が誇る電脳都市である秋葉原を例にして、その回答例を書いてみることにします。

 単刀直入に回答例を書くと、この季節…まだ北風が吹く初春には秋葉原愛三ビル前交差点辺りが「スカート」がめくれやすいです。たとえば、株式会社ゼンリンが3Dゲーム・エンジンUNITY用に提供している「秋葉原3Dマップ」を3D形状でーたとして出力した上で、さらに流体計算ソルバOpenFOAMに読み込んで(右図はOpenFOAMに読み込む前に3DソフトBlenderで編集している作業画面です)、秋葉原に吹き付ける北風が「通りを歩く人たち」にどんな力を及ぼすかを計算してみたのが次の図です。

 この計算結果例からわかるのは、北から吹く風が秋葉原UDXビルをを経て、秋葉原ダイビルと住友不動産秋葉原ビルの間、秋葉原ソフマップ本店と(交差点対面の)坂口伝熱秋葉原本店(愛三ビル)との間で(実景色の写真は下図になります)、不規則そうな強烈な渦を巻いていることです。

 もちろん、こうした「風の動き」は「周りの建物配置」や「風向き」などに依存します。…というわけで、その「法則」は次回以降に詳しく書いてみることにします。(続:北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!?

まだ北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りが「スカート」がめくれやすいです!?まだ北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りが「スカート」がめくれやすいです!? 北風が吹く初春には、秋葉原愛三ビル前交差点辺りがスカートがめくれやすい危険地帯です!? 






2016-03-14[n年前へ]

「体に密着するように見えるレオタード」と「織物と編物の違い」  share on Tumblr 

 「布地と皮膚の応力ーひずみ曲線」のグラフ、言い換えると(皮膚を基準として)布地を伸ばして変形させた時に生じる応力を描いたグラフを眺めてみると…とても面白く感じます。たとえば、木綿やデニムは少し変形させようとしただけで強い応力が生じるとか(つまり変形しづらくて履き辛そうとか)、それとは逆にレオタードは(伸びる時は皮膚と同じ程度の柔らかさで)容易に変形するけれど、伸びるときと縮む時の動作の違い(ヒステリシス)が大きくて、縮む動作では(時に魅力的な)シワが発生しやすそう…とか、そんなさまが想像できます。

 このグラフを眺めた時に一番面白く感じるのは、織物(木綿・デニム・羊毛)が伸度に対し生じる応力が大きな「伸びにくいグループ」で、編地(レオタードなど)が伸びに対して応力が生じづらい伸縮性豊かなグループだということです。…しかし、それも実はあたりまえ、なぜかというと「織物」と「編み物」の構造には違いがあって、(下記の言葉の定義にはあくまで部分的なものしか言及されていませんが)「織物」は比較的「伸び縮み=弾性体」として扱えるような構造で、「編み物」は「繊維間のズレ=まるで粘性のような挙動」が無視できない構造となっているからです。

 織物とは、たて糸とよこ糸が直角に交わり、一本ずつ浮沈しながら隣の糸と密着して平面的に連なり、組織を作ります。伸縮性はあまり無く空間が少ない実用的な織り地となります。 実用的なものに多く使われ、丈夫な製品に使用されることが多いようです。
 編み物はというと、一本あるいは数本の糸がループを作り、そのループに次の糸を引っ掛けて新しいループを作ることを連続して作った編み地です。

織物と編み物の違い…

 自由自在に伸びるように見える(そして時に微妙に生じるシワが魅力的に見える)レオタードも、その編み目形状に特徴があって、そして、その編み目の3次元幾何学形状が生み出す光反射模様が、実はその魅力的な質感を生み出していたりするのかも…と想像してみるのも面白い気がします。

「体に密着するように見えるレオタード」と「織物と編物の違い」「体に密着するように見えるレオタード」と「織物と編物の違い」






2016-03-13[n年前へ]

「布団周りの温度変化」と「凍土遮水壁」の科学  share on Tumblr 

 掛け布団と毛布…上下の順番を決める「暖かく寝るための法則」ベッドルームで熱伝導を考える!?の計算をしてから、関連書籍や論文を色々眺めました。その中のひとつが、布文化の科学・十話―衣服学への誘いです。この書籍中で「興味深い」と感じたグラフが、右の(宮沢モリエほかの「家政学研究、 21, 99, 1974」のデータ、今の季節(春)に布団に入った後の各部分がどんな温度推移を辿ったか…というグラフです。

 気温20度の状態で、体温が36〜37度程度の人間が、(外気温と等しい温度の)布団の中に潜り込むと、およそ1時間ほどで掛け布団も敷き布団も体温に近い温度まで温められます。…そして、それだけでなく、敷き布団の下の床も、外気と体温の中間程度まで温められている(その温度まで床を上昇させる熱流束が、体から周囲へと流れている)ということです。つまり、とても大雑把に、そして単純に言えば、布団が敷かれた床のある程度の内部まで、ある程度温められて温度が高くなっている状態だということになります。

 これは、2011年から5年を経て、未だに続く福島第1原発「凍土遮水壁」のことを思い出させます。つまり、、原子炉建屋群の地下周囲に氷の壁を作ろうと地面を冷やしても、地球内部で天然放射性元素の放射性崩壊が生じさせる圧倒的な熱量とのシーソーゲームをせざるを得ない結果、凍土遮水壁を築くためには非常に広い範囲を冷やし続けなければならないし、そのためには経済的に見合うかどうかわからないコストを掛けなければいけないだろう…という計算です(参考:福島第1原発「凍土遮水壁」の維持電気代は年間30億円…意外に安い?それとも高い!?)。

「布団周りの温度変化」と「凍土遮水壁」の科学






2016-03-12[n年前へ]

掛け布団と毛布…上下の順番を決める「暖かく寝るための法則」ベッドルームで熱伝導を考える!?   share on Tumblr 

 掛け布団と毛布…上下の順番を決める「暖かく寝るための法則」ベッドルームで熱伝導を考える!?を書いた。

 冬の寒い夜、「掛け布団と毛布、一体そのどちらを上にすると暖かく寝ることができるのか?」という疑問をよく耳にします。そして、その疑問に続いて「実は、掛け布団の毛布が上の方が暖かい」という答えがあったりすると、少し意外に感じたりします。…そこで、今日は「掛け布団と毛布の上下順番は、一体どう決めれば良いのか」を考えてみることにしましょう。

掛け布団と毛布…上下の順番を決める「暖かく寝るための法則」  share on Tumblr 

ベッドルームで熱伝導を考える!?

 冬の寒い夜、「掛け布団と毛布、一体そのどちらを上にすると暖かく寝ることができるのか?」という疑問をよく耳にします。そして、その疑問に続いて「実は、掛け布団の毛布が上の方が暖かい」という答えがあったりすると、少し意外に感じたりします。…そこで、今日は「掛け布団と毛布の上下順番は、一体どう決めれば良いのか」を考えてみることにしましょう。

 まず、話を単純にするために、「暖かさ」を「温度」だけで考えることにします。たとえば、体から放出された汗により感じる「蒸し暑さ」や「冷え」は無視することにします。つまり、掛け布団や毛布と外気と体の間の熱移動(熱伝導)問題を考えて、暖かく寝るための「最適な順番」を考えることにします。また、これも単純のために、毛布や空気を体に掛けたとき、その一番外側は外気の温度になっている…ということにします。また、「布団に入った時の”暖かさ”は、寝入るまでの短期的なものなので、布団に入った直後からの短期的な熱量の流れに着目する(=それを寝入りしなの暖かさ定義と考える)」ということにしましょう。

 熱の移動(伝導)を表す熱伝導方程式を単純に言葉で表すと、「移動する熱量は、温度差に熱伝導率を掛けたものに等しい」「移動した熱量を比熱で割った分だけ、温度が上がる(もしくは下がる)」ということになります。

 たとえば、体に掛け布団を掛けた場合には、掛け布団の中を移動していく熱量は(掛け布団を挟む両端である)外気と体温の温度差に掛け布団の熱伝導率を掛けたものになります。これを言い換えると、体を包むものの熱伝導率が大きいと体から急激に多量の熱が奪われるし、熱伝導率が小さければ奪われる熱量は比較的(時間毎には)少ない、ということになります。…どういうことかというと、「体と触れるような側には、熱伝導率が低いものがあった方が暖かく感じる(急激に熱を奪われて寒く感じたりすることがない)」ということです。

 そしてまた、体から奪われた熱は体を包む掛け布団や毛布を温め、最期には体の周りはほぼ体温近くまで温度が高くなり、外気に近い方は(外気より少し暖かい程度の)温度になりますが、その温度にするために必要な熱量は比熱に比例します。すると、体に近い側=温度を高く上げないといけない側の比熱が高いと、体の周りのものを(外気の温度から)そこまで温度を高めるために必要な熱量が大きくなってしまいます。…言い換えれば「体の近くには比熱が小さいものがあった方が、奪われる熱量は小さくなりやすい」ということになります。

 つまり、掛け布団と毛布のどちらが上下にあると暖かいか、そのどちらが体に近い側(もしくは遠い側)にあると良いかというと…熱伝導率が低く・比熱が小さなものが体に近い側(下側)にあれば暖かい、ということになります。そこで、さまざまな掛け毛布や毛布に関して、熱伝導率と比熱を比較してみると、まずダントツに熱伝導率も低く・比熱も小さいのが「羽毛掛け布団」です。つまり、羽毛掛け布団を使っているなら、まず体の周りには羽毛掛け毛布を掛けて、その周りを毛布で覆った方が暖かく(寒くなく)感じることになります。また、羊毛掛け布団も(羽毛ほどではありませんが)比較的熱伝導率が低く・比熱も小さいので、(熱伝導率が高い)アクリル繊維の毛布を使っていたりしたならば、羊毛掛け布団の方を下(体に近い側)にした方が暖かくなります。

 ところが、たとえば、綿掛け布団と羊毛毛布の組み合わせでは、比熱は同じ程度ですが、羊毛毛布の方が熱伝導率が小さくなります。つまり、体近くには綿掛け布団ではなくて羊毛毛布の方を配置した方が暖かく感じることになります。そして、綿掛け布団とアクリル繊維製の毛布の組み合わせだと、微妙ですが綿掛け布団の方を下(体に近い側)にした方が寒くない関係になります。

 というわけで、掛け布団と毛布…上下の順番を決めるのは「熱伝導率と比熱が小さいものを下(体に近い方)にする」で、自分が使っている掛け布団と毛布の材質によって、その最適順番は変わる…というのが今日の「暖かく寝るための法則」です。