飛べ、ペットボトル！子供と楽しむ夏休みの自由研究

飛べ、ペットボトル！
子供と楽しむ夏休みの自由研究

猛暑のなか職場に通う社会人をよそに、子供たちはまだまだ夏休み後半戦。パパエンジニアのフラチキ氏に、子供と一緒に遊べる夏休みの自由研究のエピソードを披露していただきました。パパの皆様、参考にしてみては。

（文／フラチキ　イラスト／おちゃずけ　総研スタッフ／タニー只野）作成日：13.08.19

ペットボトルロケットで遊ぼう

子供も大人も大好きなロケット。今回は日本ペットボトルクラフト協会が販売している製作キットを購入し、ペットボトルでロケットを飛ばしてみることにしました。ペットボトルロケットとは、ペットボトルに自転車の空気入れなどで空気を入れていき、その圧力であらかじめロケット内に入れておいた水が噴出する力を利用して飛ぶロケットです。
説明書では2Lのペットボトルを使って100m以上飛ばしているようですが、広い敷地が無いのと子供が遊ぶためのものなので、500mlのボトルを使用、空気入れのポンピングも10回としました。

この製作キット、発射台はほぼ完成品なのですが、ロケット部分は自作なので工作熱が高まります。より精度の高いロケットを目指すべく、ペットボトルをいくつも準備し、ボトルから翼部分を切り出し、本体のエンジン部分と先端部分に分けて組み立てていきます。

しかし、500mlでも高く飛ばすと落下時の衝撃もかなりのもので、先端は発泡スチロールにテープを巻いたモノを使っているのですが、落下の衝撃ですぐボロボロになってしまいます。そこで、この先端とペットボトルの間にスポンジをはさみ、そこで衝撃を吸収できるようにしてみました。落下時に変形して衝撃を和らげるはずです。

で、飛ばしてみたのですが、しょっぱなの落下でいつもどおり先端部分はひしゃげてしまいました。ペットボトルロケットは、消耗品と割り切って遊ぶのがよいみたいですね。

発射準備時、子供たちは面白がって空気を注入するのですが、いかんせん力不足。なかなか子供の力では気圧は上がりません。最後に大人パワーで空気入れを目いっぱいポンピングし、気圧を上げて発射します。

ただし飛距離を伸ばすには闇雲に空気圧を上げるより水の量を調整することが重要です。ペットボトルロケットは圧縮空気によって噴出される水が推進力の源です。試しに水無しで空気だけ入れてもほとんど飛びません。同様に水が少ないと、気圧が残っているうちに水切れとなってしまい、そこで推進力が低下します。逆に水が多すぎると圧縮空気が足りず、水が残った状態で噴出が弱まってしまいます。この辺の調整がペットボトルロケットの面白いところですね。

面白いのでいつもより水量を増やしてみたら、飛距離が大きくのび過ぎて、最後は公園の外の深いヤブまで飛んでいってしまいました。手分けしてみんなで探したのですが見つからず･･･。子供たちはここまでで十分満足だったようで、特にがっかりもせず次の遊びに行ってしまいました。また作り直せと言われるのがオチなのですが、遊びに関して苦労するのはいつも大人ばかりです。

微速度撮影に挑戦しよう！

以前から興味のあった微速度撮影に挑戦してみました。微速度撮影とは、シャッター速度を落として一定の間隔で連続撮影を行うことで、雲や星、植物の成長などゆっくりと動いていく景色を映し出すことができます。

まずは300fps～1200fpsのスローモーション動画(ハイスピード動画)でおなじみのCASIO EX-F1で微速度撮影をしてみました。こちらは静止画を0.1fps～1fpsで連続して撮影し、それを動画にする手法です。
しかし、いわゆるインターバル撮影を行ったところ、本体の機能で連続撮影が60枚まで、シャッター速度も1/60秒より遅くはできないことが発覚！CASIO純正の制御ソフトウェアを使えばシャッター速度の制限はありませんが、なぜか連続撮影できる枚数が99枚に制限されています……これでは理想の微速度撮影には程遠いため、これらの制限を回避するために自作の制御ソフトを作り、ノートPCで操作することにしました。

微速度撮影自体は昔からある使い古された手法のようですが、実際にやってみるとフレーム間で輝度が不連続になったりと色々と難しいことがわかりました。職場にこれから微速度撮影をしてみたいと言っている人がいたので、一緒に研究を開始することにしました。

まずは手始めにEX-F1で星空のバルブ撮影。実際にはEX-F1にはバルブ撮影の機能がないので、10秒露光の連続写真を数枚、合成して星の軌跡を作っています。（クリックで大きい画像が表示されます。）

合成処理は、ピクセル毎に、全写真から最も明るい輝度を選択するという簡単な方法です。撮影時のISOを低く抑えているため、ノイズの少ない良好な画質が得られました。本格的に星空の撮影を行うには、熱ノイズ対策の為に冷却CMOS等の機材を使ったりするようですが、この方法ならば手軽に低ノイズの画像が得られます。

撮影速度がシャッター速度に対して遅いため、軌跡が飛びとびになってしまっています。EX-F1ではシャッター速度が1秒を超えるとノイズ軽減処理が行われるとのことで、約（シャッター速度 x 2 + 7）秒の間隔でしか撮影ができません。これはどうしようもないので、このあたりがEX-F1の限界かと思います。

（クリックで大きい画像が表示されます）

ISO：100
シャッター速度：10秒
絞り：F2.7
撮影枚数：8枚程度
撮影速度：30秒/枚

星空が撮れたので、今度は朝日を撮影しようと日曜日の早朝から東京湾の某所で撮影。4時起きして6時過ぎには撮影ポイントに到着です。前の晩のうちにGoogleEarthで日の出の方角と景色を確認しておいたので、狙った構図にカメラを設置して撮影開始しました。

ズームして日の出をフレームいっぱいに捕らえるためには、太陽が昇る位置を正確に把握しておく必要があります。GoogleEarthはこのような調査に非常に役に立ちます。GoogleEarthの画面と撮影した景色を比べると、3つのビルのと日の出の位置がばっちり合っています。

しかし……撮影できたといえばできたのですが、想定外のトラブルが多発しました。まず、撮影している人間が寒さで倒れそうです。さらに撮影を制御しているノートPCが寒さでハングアップ。インターバル撮影は夢半ばで失敗に終わりました。人間も機械も、自然の風景撮影に取り組むには、それなりのアウトドア装備が必須だと実感しました。

寒さで動かなくなったノートPCの代替の方法を思案していたところ、EX-F1に付属のレリーズが単なるスイッチであることを知り、それならばと言うことでマイコンで自作することにしました。マイコンと言うとPICとかH8と思っていたら、最近はARDUINOと言うのが流行りとのこと。早速調達してきてブレッドボードでテストしてみました。

まずは300fps～1200fpsのスローモーション動画（ハイスピード動画）でおなじみのCASIO EX-F1で微速度撮影をしてみました。こちらは静止画を0.1fps～1fpsリレーの代わりにフォトカプラ使ってます。あっさりと動作しました。撮影間隔を変更できるように10進DIPスイッチも購入済みです。半田ごてを握ったのは何年かぶりだったのですが、ミスも無くあっさりと終了。一発で動作しました。

自作レリーズタイマーは10進dipスイッチを2桁分搭載し、1秒～99秒の撮影間隔を設定できます。あとハーフシャッターの有無を切り替えるスイッチ、シャッターのパイロットランプ、撮影開始、停止用のタクトスイッチがあります。部品点数はだいぶ少ないです。

タクトスイッチがチャタリングしていたのですが、RC積分回路を組むのが面倒くさかったのでソフトウェア側で対処しました。なんか堕落した感じがします。

ユニバーサル基盤を使った工作では、いかにパーツの足を曲げて回路を組むかと言う、独特のパズルが必要になります。（そもそも足が短い）ICから出力ケーブルまでの配線以外は全てパーツのリードを曲げて結線できました。

で、タイマーができたのはいいのですが、すでにインターバル撮影への興味は薄れつつある感じが…。毎回このパターンで、工作が完了すると元の興味が何だったかはすっかり忘れられてしまいます。季節が変わって面白そうな被写体が出てきたら再開すると思います。

フラチキ氏
ソフトハウスでソフトウェア開発経験を経て、大手出版社に転職。ゲームソフト部門でXbox向けのゲーム制作を経て、現在はゲームコンテンツ開発企業でミドルウェアを中心に開発を行う二児のパパ。
漫画家である奥様が、子育てエピソードをコミックエッセイとしてまとめられています。
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