リンゴの内部に配置した火薬の点火に伴う爆発現象は、極めて高い圧力上昇速度と衝撃波の伝播を伴います。固体材料が内部からの急激な応力によって破壊され、果肉組織が破断・飛散するプロセスはマイクロ秒単位で進行するため、その詳細な進展を解像するには、高感度かつ超高速なフレームレートを有するハイスピードカメラが不可欠です。
本事例では、リンゴ中心部で発生した爆発による組織破壊の一連のプロセスを可視化しました。ハイスピードカメラを用いることで、目視や通常のビデオカメラでは困難な以下の現象を詳細に観察できます。
- 点火直後の火花が上がる様子がとらえられ、リンゴが破壊されるまでの微細な挙動
- 粉砕された破片および果汁が、火花や爆轟ガスの膨張とともに高速で飛散する動態
- リンゴの果汁微粒子のサイズや個数等が把握できるほど、高解像に撮影できています
これらを数万fpsから数十万fpsの撮影速度で記録することにより、破壊力学に基づいた定量的解析が可能となります。特に、火薬による爆発現象では発光を伴うことがありますが、Phantomシリーズの広いダイナミックレンジと高感度センサーは、強い発光部位の白飛びを抑えつつ、暗部となる破片の細部まで鮮明に描写します。
本撮影によって得られた画像データは、衝撃波による固体の粉砕プロセスや、流体と固体の相互作用に関する研究において、数値シミュレーションの妥当性を検証するための一次データとして極めて有効です。複雑な不均質構造を持つ果実が、瞬間的な内部応力に対してどのように崩壊するかを視覚化することは、衝撃工学における基礎研究の発展に寄与します。
