家ではお風呂当番だ。毎日、お風呂を洗ってお湯を入れる。入れるとジョボジョボジョボと、お湯がたまり始める。でも、お湯の水位が上がってくると、だんだん静かになる。不思議だ。水の音はどんな時に、どこからするのか調べようと、研究を始めた。

「水滴の作る音が、水の音の基本」と考え、さらに研究を深める。今回は、１秒間に120コマ（240フィールド／秒）の高速撮影できる新型ハイビジョン・デジタルビデオカメラと、超指向性録音が可能なハイビジョン・デジタルビデオカメラを用意し、水滴落下と音の発生の様子を同時撮影する。これらの映像と音声をパソコン上でずれなく重ね、状態の変化を観察する。

《結果と考察》

水滴が大きいほど、さらに、落とす高さが高ければ音が出やすいというわけではない。水滴が落下すると、水面下に「出雲ドーム」をひっくり返したようなくぼみができ、それが平らになって、今度は水面上に水柱が上がる。水柱の頭部はちぎれて水玉が上に飛び出し、ある時はちぎれないまま、こけし状の水柱を作る。そして水柱は真下に崩れるように、下がっていく。音の出るタイミングは、水柱が下がって、水中に泡が打ち出された時だった。これを「水柱音」と名付ける。

円錐型のノズルと円柱状のガラス管とでは水滴が落ちる様子が違うのではないかと思い、ガラス管を使い観察する。

《方法》

内径5mmのガラス管から、高さ1cmから30cmまで、１cm単位で変化させて落下させる。音の波形、振動数も調べる。

《結果と考察》

水滴落下で、音の出るタイミングは２回あった。１つは実験１と同じく水柱が下に崩れ落ちる時（水柱音）、もう１つはその前、水滴が落ちた時に水面下にドーム状のくぼみができ、それが元に戻る時に下向きに泡がちぎれて音がする（これを「ドーム音」と名付ける）。 水の音をよく「チャッポーン」と表現するが、「チャッ」がドーム音で、「ポーン」が水柱音なのだ。 波形をみると、ドーム音は最初に大きくふれて、その後急速に小さくなった。水柱音の波形は２つに分かれることがある。１つは水柱が落ちてきた時に泡が２個以上できた時、もう１つは、水柱がなくなった後でもう一度水柱が上がり、それが下がって再び泡ができた時だ。１つの水柱で泡が２個以上できた時は、波形が２つ出現したり、重なったりする。また、大きな泡ができて変形を繰り返すと、波形はすぐには小さくならない。音の高低と水滴を落とす高さには関係がない。ドーム音も水柱音も、泡が大きくなるほど振動数が小さく（音が低く）なる。

水滴の形をビデオカメラで撮影し、音の出方との関係を調べる。
シャッタースピードは１/10000秒。

《結果と考察》

水滴は、縦長になったり、丸くなったり、丸みのある三角おむすび型になったりと、変形を繰り返しながら落ちている。変形のどの時点で着水するかということで、音が出やすい高さ、出にくい高さがあるようだ。三角おむすび型の底辺が少し丸みを帯びている時が一番音が出やすかった。縦長のだ円球の時には音が出にくかった。水滴が衝突する面積が大きいほど、音が出やすいといえる。

水滴が平べったいところから落ちると音が出やすく、先がとがったものから落ちると音は出にくい。それを確かめるため、鉛筆の削った先から落ちる時と、鉛筆の反対側から落ちる時の水滴の違いを観察する。

《結果と考察》

鉛筆のとがった方からは水滴が１滴ずつ順番に落ちた。反対側の平たい方からは、大きな水滴（第１水滴）の後に小さな水滴（第２水滴）が、１セットとなって続いて落ちていた。実験２のガラス管を再度観察すると「ドーム音」は２つに分類できる。

【ドーム音パターン１】 ガラス管が低い位置（高さ6cm、11cm）でできるもの。 第２水滴が着く前に泡が水中に打ち出され音がする。

【ドーム音パターン２】 パターン１以外の高さでできるドーム音。第１水滴でできた半球状のくぼみが元に戻る時に第２水滴が着水し、泡を水中にたたき出して音を出す。

第２水滴が出ないようにガラス管の中に先をとがらせた割り箸を差し込み、第１水滴のみでの様子を観察する。

《結果と考察》

やはりドーム音パターン２は出なかった。ドーム音パターン１は第１水滴だけでできる。

水滴は着水後どうなるのか。赤インクの水滴を水面やミルク液面に落とし、観察する。

《結果と考察》

水滴（赤インク）は、落下して半球状のくぼみ、ミルククラウンに相当する水の壁の内面を作り、その後、急速に落下地点に集まって水柱を作り上昇する。くぼみを作っている間は、下方の水とほとんど混ざらない。

音を出す泡（空気）は、水中にどう取り込まれるのか。実験２のガラス管からの水滴を観察する。

《結果と考察》

水滴が水面に衝突すると、それを取り囲むように水の壁ができる。水の壁は空気を包み込みながら内側に伸びる。低い高さの水滴の場合は、水の壁は中央でぶつかり、下に落ちる水流で泡（空気）が下方にたたき出されて音が出る。これがドーム音パターン１。それ以外の高さからの場合は、水の壁は中央まで届かず、途中で内側に倒れこむ。水面下にはドーム状にくぼみができ、元に戻る時に第２水滴が落ちてきて泡をたたき出すと、ドーム音パターン２ となる。落ちた水滴は中央に集まって水柱となる。水柱は崩れて低くなり、それにたたき出されて下方に泡ができると水柱音が聞こえる。

研究の後で

　『中学生のための理科の自由研究実例集』という本に「水面に落ちる水滴の音を探ろう」という研究が出ていてびっくりした。しかし、僕の研究の方が、ドーム音パターン２を発見したこと、泡ができた瞬間に音がしていたことを確認したこと、泡の大きさと振動数との関係をはっきりさせたこと、泡が何によってたたき出されるか考察したことなど、何倍もの多くの発見や考察があったことに安心し、満足した。