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ジャニオタ×物理003: 「ビリビリせえへん?」攻略!ペンライト

 大好きなグループと一緒にツアーを(観客として)回っているあなた。コンサート参戦の日、「もう何公演か入ったし、電池もなくなるから近くの百均で買えばいいか」と悠長に構えていたが、百均の電池は売り切れ。このままでは楽しくペンラが振れない…!さあ、どうすればいいだろうか?

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 今回は、電池、回路図、電球などについて考えていこう。早速スタート!

 

ジャニオタ×物理前回記事はこちら

ジャニオタ×物理002: あなたのうちわは自担の視界に入ったか - いたれりつくせり。

 

ペンライトの電気回路図

 ペンライトの電気回路図は以下のようになる。

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電池、スイッチ、電球。とても簡単。

電気はプラスの方向から、マイナスの方向に向かって流れる。

ボタンを押すなりしてスイッチを入れ、回路をつなげると電気がつく。

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*1

 

直列と並列

  上記の絵では「電池」としたが、ほとんどのペンライトの場合、この電池部分は複数ボタン電池、LR44の集合体である。

 ちなみに、ペンライトにボタン電池が使われることが多いのは、その液漏れの少なさと形のコンパクトさによるものだと思われる。

 複数の電池をつなぐ場合、直列つなぎと並列つなぎというのがあるというのは皆さんご存知だろう。

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問1
ペンライトの電池のほとんどは直列つなぎである。理由を答えよ。 

答:直列つなぎの場合、回路の合計電圧は電池ごとの電圧の和である。合計電圧が大きいためパワーが大きく、並列つなぎよりも周りを明るく照らす事ができる。現にほとんどの懐中電灯など、明るさが必要になるものは直列つなぎが用いられている。ただしこれにはひとつ問題がある。 電池の減りが早い。

 ペンライトを持ってライブに行ったことのない方のために解説すると、公式グッズとして売られているペンライトの電池は2時間10分〜30分程度の公演3回分ほどでなくなる。それも常時点灯しているわけではなく、MCコーナーなどではスイッチを切っていることも多い。公演中常時点灯状態にしておけば3公演めに差し掛かる頃には大分暗くなり、5公演に到達する以前に確実に電池は切れる。 電池代が馬鹿にならない。

問2

a1. 直列つなぎで、電池が4つ使われているペンライトの合計電圧を求めよ。

a2. 直列つなぎで、電池が6つ使われているペンライトの合計電圧を求めよ。

a3. a1, a2それぞれのケースで電池が並列つなぎであったときのペンライトの合計電圧を求めよ。

答:LR44は公称電圧が1.5Vである。そして先ほども書いたとおり、直列つなぎの場合、回路の合計電圧は電池ごとの電圧の和である。

a1. 電池が4つ

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合計電圧は6V

 

a2. 電池が6つ

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合計電圧は9V

 

a3. 

並列つなぎの場合、電池をいくつ並列につなげても、回路の合計電圧は変わらない。そのため、どちらのケースも答えは1.5Vである。

 

 ちなみに電池の数を4つと6つとしたのは、現在手元にあるジャニーズWESTのラッキィィィィィィィ7ペンライトと2015 CONCERT TOUR KIS-MY-WORLDのペンライトの点灯に使われる電池の数がそれぞれ4つと6つであったからである。

 友達や他の方のツイートを見た限りでは嵐が4つ、SexyZoneは6つが主流らしいので、ジャニーズのペンライトの電池の数は4つと6つが主力なのかもしれない。6つのものは色変更機能があったり、光に一定のリズムで強弱がついたりするものがある。

問3

 それでははじめの質問に戻ろう。ペンライトの電池が恐らく切れるであろうに、電池を買う暇がなかった。少しでも電池を長持ちさせるためにとれる最善の方法とはなんだろうか?

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答:電池は、温めた方が長く持つ。それぞれの電池を取り出し、握ったりして温め、接触部分を服などでこすれば*2 化学反応が起こり若干長持ちさせることが出来るはずだ。また、電池を変える場合はすべての電池を一度に変えたほうが良い。 

*3 

 

アイドルから見えるペンライト

 さて、電池が万全だからといって、肝心なのは自担に「みんながペンライト振ってくれてる〜!」と喜んでもらえるかどうかだ。

明るさ

 私たちにとってペンライトは明るく周りを照らしてくれるが、アイドルたちにはどう見えているのだろうか?照度、すなわち明るさの「強さ」がここで関わってくる。

 この照度は距離の2乗に反比例する。つまり、アイドルから5mの照度を1としたとき、2倍の10mの距離での照度は0.5、4倍の20mの距離での照度は0.0625になってしまう。

  アイドルが見えているであろう「ペンライトの海」を、ざっくりイラストにしてみた。細かい計算などはしていない。

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*4

 人間の目には「明るく感じやすい色」というものがある。この「明るく感じやすい色」が図として示されているのが比視感度曲線である。

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 図を参考に考えると、同じ照度のピンクと黄色のペンライトの海があった場合、黄色のペンライトの海の方が明るく見える。ラッキィィィィィィィ7のペンライトは緑に近い黄色のライトだったため、パリピポのコンサート時よりもメンバーたちは会場が明るく「ペンライトで照らされている」ように感じたのではないだろうか。 

 *6

 

電池がなくなるとどうなる?

現場で努力の甲斐も虚しくペンライトの電池がなくなっていくとしよう。

LR44は下記の図のように電圧が減っていく。

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一気に減るのではなく、使えば使うほど徐々に暗くなっていくのである。「周りより自分のペンライトが暗い…」と感じたことがある方は多いだろう。 

 そして同時に電池がなくなると、色が出にくくなることがある

 キスマイの今年の8色ペンライトをある程度長時間使用した方は分かると思うが、出にくくなる色がかなりあった。*8

ペンライト販売会社のページ*9にも説明があるとおり、電池が少なくなった場合どうやらレッドとその系統の色が残りやすく、他の色も赤寄りになることが多い。原因の候補としてひとつ挙げられているのが、

複数のLEDライトの内、一部のLEDライトの発光に必要な電池の電圧が不足しています。

 赤色は発光にしようする必要電圧数が一番少ないため、最後まで点灯出来るのだと思われる。

 実際に解体などをしていないからここ以降は全くの予想だが、今回のペンライトは必要電圧数が多い青、白を別の電球として配置し、赤系統の色は同じ電球を使っている様に見受けられる。電池が減って、電流が弱くなると同時に、赤、オレンジ、ピンクの微妙な色の差をペンライトが発光できなくなったのではないだろうか。こうなると、キスマイの場合は兄組カラー*10の境目がほぼほぼなくなってしまう。せっかく自担カラーのペンライトを振りたいのに、なかなかの大問題だ。予備の電池は持っていくことを頭に入れておきたい。 *11

    

最後に

 「ビリビリせえへん?」という大仰なサブタイトルをつけた割に、電流によるビリビリなどは全くなかった。ビリビリDANCEが好きなだけでつけた。

次回予告(更新しました)

ジャニオタ×物理004: ジャニーズで紐解く相対性理論と量子力学 - いたれりつくせり。