テレビやインターネットで水中空気砲（バブルリング）の追い抜き現象を見て、空気砲のドーナツでもできないかと思った。

空気砲のドーナツが同じコースを追いかける現象や、ドーナツが衝突したり、横並びで飛ぶとどうなるかなど複数のドーナツの関係を調べ、動きを説明する。

ダンボールで作った空気砲をたたいてドーナツを発射し、ビデオ撮影する。発煙装置は、音楽ステージやイベントなどで使うフォグマシンを使った。

【実験1-1】ドーナツの性質

【実験1-2】ドーナツの回転

〈方法〉

吹き矢型空気砲で、筒に煙を充填した後、息を短く吹き込む。

〈結果〉

フォグマシンの煙は空気より重く、少し時間がたつと筒の中で沈んだ。そのまま発射したら、下半分だけ色の濃いドーナツが出た。

〈考察〉

ドーナツは飛んでいる間、ずっと下半分だけ色が濃い状態だったことから、ドーナツ内部での回転は同じ位置で行われ、周りの空気を巻き込んだり、周りに溶け込んだりしない。

実験２：同じ大きさの空気砲で

【実験2-1】空気砲の正面対決

〈結果２〉

半正面衝突：２つのドーナツは互いの輪を切りあって、同時に壊れた。

〈考察〉

輪がぶつかる点は２カ所。その部分で輪は互いに前に進めず、それ以外の部分は進み続けようとしているので、形を保てず壊れた。ぶつかった２地点では、互いに空気の回転が乱され、保てなくなった。

【実験2-2】空気砲の追いかけ撃ち

〈方法〉

連続で２発ドーナツを発射。後から追いつきやすいように、２発目は強く発射した。

〈結果〉

２つ目の輪が追いつくと、１つ目の輪は横へ逃げるようにコースを変え、２つ目は追い抜いた。

〈考察〉

２発目が１発目を押しのけるように進んだのは、ドーナツには周りの空気と混ざらないで形を保とうとする性質があり、回転方向も互いにはじき合う向きにあったからだ。１発目の勢いも弱まっていたので、２発目に押しのけられた。

実験３：大きさの違う２つの空気砲で

【実験3-1】空気砲の正面対決

〈方法〉

大型空気砲と小型空気砲を向かい合わせ、ドーナツを衝突させた。衝突パターンは正面衝突と半正面衝突。

〈結果１〉

正面衝突：小さいドーナツが、大きいドーナツの中に吸い込まれるように入り、通り抜けた。

〈考察〉

互いの回転方向の関係から、小さいドーナツは大きいドーナツを押し広げ、大きいドーナツは小さいドーナツは押し縮める。互いに前に進もうとしているので、小さいドーナツはくぐる。

〈結果２〉

半正面衝突：ぶつかって両方とも壊れた。

〈考察〉

実験2-1の結果２と同じように説明できる。

【実験3-2】空気砲の追いかけ撃ち

〈方法〉

大ドーナツの後に小ドーナツを発射し、貫通・撃墜・押しのけをさせる。

〈結果１〉

貫通（くぐり抜け）：小ドーナツが大ドーナツを貫通した。

〈考察〉

大ドーナツでは内側に巻き込むように回転し、小ドーナツの回転方向も一致しているので、小ドーナツは大ドーナツの穴へ勢いよく吸い込まれ、吐き出された。

〈結果２〉

撃墜（消滅）：大ドーナツは、小ドーナツに狙い撃ちにされたように壊れた。

〈考察〉

小ドーナツの方が速く、勢いもあったので大ドーナツは２カ所で輪が断ち切られた。

〈結果３〉

押しのけ：大ドーナツはグニャリと変形して小ドーナツをよけた。

〈考察〉

実験2-2とは違って、大ドーナツが変形したのは、勢いのよい小ドーナツが、大ドーナツの輪の一部をはじいたからだ。

実験４：穴が２つの空気砲で

同時に同方向に発射された同じ大きさのドーナツが、互いにどんな影響を与え合うのか調べた。

【実験4-1】穴が１つで、中央からずれている場合。

〈結果〉

中央の場合と、見た目は変わらなかった。

【実験4-2】穴と穴の間隔が１cmの場合

〈結果〉

２つのドーナツは合体して、輪ゴムを飛ばした時のように縦長、横長の状態を繰り返しながら進んだ。

〈考察〉

２つのドーナツの近接部分には同じ回転方向の力が働くので衝突して輪が切れ、２つが合体する。この変な形のドーナツは円形となろうとするので、グニャグニャしながら飛んだ。

【実験4-3】穴と穴の間隔が５cmの場合

〈結果〉

合体した勢いのないドーナツができる時、最初からドーナツができない時があった。

〈考察〉

空気砲をたたいて撃つ時の、力の強さやタイミングによって変わるようだ。穴の間隔５cmは、２つのドーナツが影響しあうか、しあわないかの、ちょうど境目かもしれない。

【実験4-4】穴と穴の間隔が20cmの場合（その1）

〈結果〉

並んで飛んでいた２つのドーナツがだんだん向かい合わせになり、近づいて衝突した。

〈考察〉

２つのドーナツの真ん中には、後ろ向きの力が働く。両外側に比べて内側はスピードが落ちるので、だんだん向かい合わせになり、やがて正面衝突と同じことが起きる。

【実験4-5】穴と穴の間隔が20cmの場合（その2）

〈結果〉

間隔が１cm、５cmの時のように２つのドーナツは合体して、縦長と横長の状態を繰り返しながら、ウネウネして進んだ。

〈考察〉

撃つ時の力加減やタイミングによって結果が違う。実験4-4では静かにそっと撃ったが、実験4-5では力いっぱい撃った。そのため、２つのドーナツは完全に向かい合わせにならずに、すぐに影響し合い、実験4-2のように合体したのだ。

まとめ

空気砲ドーナツが他のドーナツと接触すると、接触点（面）の渦の向きに相手をはじこうとする（ローラー効果）。この結果、いろいろな現象（くぐり抜け、押しのけ、合体、消滅）が起きる。それらは、ドーナツの回転の向きやドーナツ自身の動きにより説明できる。