自作ビーダマンで行うビーダマンのビー玉発射原理についての考察

と自作ビーダマン概念検証機第2号『トーマス』の紹介
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AiNI@C98火曜南2カ18a @aini_bellwood

随分前に完成はしていたが発表はしていなかった自作ビーダマン概念検証機第2号『トーマス』を使ってビーダマンのビー玉発射原理について考察してみる。 #ビーダマン pic.twitter.com/mMovDTOLCc

2019-06-02 00:34:23
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『トーマス』は『1号』に比べてホールドパーツを延長しているという特徴があり、これにより初速・精度の向上がなされた。左が『トーマス』、右が『1号』。 #ビーダマン pic.twitter.com/S1TVLmmcip

2019-06-02 00:34:25
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具体的にはこんな感じ。『トーマス』の試し打ち動画。ホールドパーツはしなる素材ではなく、輪ゴムの収縮力でホールドしている。 #ビーダマン pic.twitter.com/41xWvmADs7

2019-06-02 00:34:26
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続いて『1号』。『トーマス』と同じく輪ゴムホールドだが、『トーマス』が2重巻きに対して『1号』は4重巻きである。それでも『トーマス』の初速には遠く及ばない。 #ビーダマン pic.twitter.com/Ynzw2FFHLD

2019-06-02 00:34:27
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この初速の違いは延長したホールドパーツに由来するものと思われる。 それについて論じるため、ビーダマンのビー玉発射原理について詳しく考察する。

2019-06-02 00:34:28
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ビーダマンの発射時の挙動を図解した。画像には『トーマス』を用いているが公式機体でもほぼ同様のはず。 ビーダマンはビー玉発射時、トリガーに押されたビー玉が前に進み(1)ホールドパーツを押し広げ(2)、臨界点を超えると(3)ビー玉が発射される(4)。 #ビーダマン pic.twitter.com/qAIX8urGyj

2019-06-02 00:34:28
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厳密には(4)での挙動がビーダマンの初速に関わってくる。この瞬間、ビー玉は2つの要素(厳密には3つ)により加速される。 #ビーダマン pic.twitter.com/3rv2v8LqK2

2019-06-02 00:34:29
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ひとつめの要素はトリガーの速度。ビー玉を押し出すトリガー自体の速度がビー玉に加算される。玉突きの原理であり、これに関しては直感的に理解しやすいと思う。 #ビーダマン pic.twitter.com/Ebp6mtkdl4

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玉突き原理は公式機体でも強く意識されており、顕著な例としてはストライカージェミニがこれにあたる。輪ゴムジェミニの威力などは玉突き原理によるものであろう。

2019-06-02 00:34:30
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もうひとつの要素がホールドパーツによる押し出し。ホールドパーツの赤線で示した部分が内側に閉じていくことにより、ビー玉が押し出される。ちょうど針金をハサミで切ろうとしたときに針金が逃げていくように、鍋の長ネギを前歯で噛むと喉奥に射出されるように、ビー玉が押し出される。 #ビーダマン pic.twitter.com/AMkCE9sCHw

2019-06-02 00:34:31
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ホールドパーツによる押し出し挙動を簡略化したのが下記動画である。緑の部分が閉じていくことにより、中央のボールが押し出される(余談だが動画に用いたツール「Algodoo」の界隈ではこの現象をNEGI効果(NEGI-Effect)などと呼ぶ)。 #ビーダマン pic.twitter.com/UZSCety4lO

2019-06-02 00:34:31
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NEGI効果が実際にどの程度初速に影響しているかがわかる動画がこちら。じわじわとトリガーを押し込むことでトリガーの速度の影響を減らし、NEGI効果によってのみビー玉を発射している。それでもこの初速。 #ビーダマン pic.twitter.com/8sABfGlzUg

2019-06-02 00:34:32
AiNI@C98火曜南2カ18a @aini_bellwood

NEGI効果はホールドパーツの臨界点以降の長さに強く影響する。改めて『トーマス』と『1号』を見比べてみると、ホールドパーツの長さに大きな違いがあることがわかると思う。 #ビーダマン pic.twitter.com/FIv7AQjmcA

2019-06-02 00:34:33
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(もともと『トーマス』のホールドパーツ延長はテコの原理による締め撃ち効率の向上を目的として行ったものだが、NEGI効果の再発見は僥倖であった) (なお初速影響要素の3つめにあたる「ビーダマン自体の速度」については割愛する)

2019-06-02 00:34:34
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公式機体を見ると、コンバットフェニックスのホールドパーツなどは臨界点以降も長く伸びており、NEGI効果を意識したものと思われる。

2019-06-02 00:34:35
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さらに考察すると、NEGI効果による初速向上には「ホールドパーツを締め付ける力」よりも「ホールドパーツを戻す速度」が重要と思われる。NEGI効果ではテコの原理によりビー玉押し出しに必要なトルクは小さいためだ。 #ビーダマン

2019-06-02 00:34:35
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従って、ホールドパーツ通過距離を長く、通過時間を短く取るために、ホールドパーツの臨界点以降部位を長く取り、これが素早く閉じるように設計する必要がある。 #ビーダマン

2019-06-02 00:34:35
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一方で玉突き原理による初速向上には締め付けトルクとトリガー速度の向上が必要となる。締め付けトルクの向上によって、デコピンの原理によりトリガー速度の向上が見込める。締め付けトルクとトリガー速度の関係についてはより詳しい考察が必要となるが、またの機会に。 #ビーダマン

2019-06-02 00:34:35
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ということで今回の考察は終わりにする。また何か思いついたらやるかも。 pic.twitter.com/neLcyUqqSY

2019-06-02 00:35:54
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