8月頭にオープンキャンパスがあったので,高校生向けに話をしました.
私の研究室では毎年,研究の話をするというスタンスでやっていたのですが,今年度は少し趣向を(勝手に)変えてみました.
具体的には,前日に突貫工事で4種類ほどシミュレータを作ってみて,それをqrコードで読み取って各自のスマホで体験してもらう,というものにしてみました.
振り子シミュレータ
固有振動シミュレータ
2重振り子シミュレータ
Breather シミュレータ
私のgithubにおいてあります.一応簡単に説明しておきます.
振り子シミュレータは,単一振り子について,微小角の近似を用いる場合とそうでない場合に生じる差を体験してもらうために作りました.
高校の力学では,微小角を仮定して,Taylor展開による1次の項までを残して運動方程式を考えることで,振り子の振動周期などを論じていたかと思います.
そういった意味で延長にある問題だと思うので作ってみました.
固有振動シミュレータは,実は本コースの学部3年で私の指導教員が担当している実験をシミュレータにした内容になります.
実験ではモータの振動数を色々変えて固有振動する振動数を実験的に導出し,振動モードの解析などを行いますが,そのあたりを簡易的にシミュレータにしてみました.
2重振り子シミュレータも,実は本コースの2年の実験で取り扱う内容です.余談ですが,他のコースだと3年に実験が集中しているような印象を感じています(本コースは2年からある代わりに1回1回の振り当て時間は半分だったはずです).
あと今回はシミュレータなのでいいのですが,これを実機で作るとなると,非常に難しい(連結部分の減衰を減らすことが難しい)です.
Breatherシミュレータについては,発展的な内容になっています.離散Breatherは私の研究テーマの1つでもありますが,それが出る簡単なモデルとして,Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou (FPUT)格子を使っています.
離散Breatherというと聞きなれない言葉だと思いますが,振動が(空間的に)局在するような現象を指しており,それが非線形性に由来して発現するという話です.
以上4つのシミュレータを公開してみました.
もちろんすべてclaude codeで作っており,こちらは指示を出しただけです.
すべて10~20分ほどで着想から完成までもっていくことができています.
他にも,引っ張り+曲げ+ねじりが混在するときの変形のシミュレータ(材料力学的内容),衝撃波のシミュレータ(Rankine–Hugoniotの式の話をしたかった)や,非線形搖動流体力学方程式(こちらは完全に私の研究・趣味です)のシミュレータとかも作ろうとしてみましたが,ちょっと完成度が今一つだったので保留にしています.
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