南方振動の発見者ギルバート・ウォーカー（3）

3. 早期の研究

3.1 電気力学と力学

1892年に発表されたウォーカー最初の論文は、交流を伝達する導体の反発に関するエリフ・トムソンの実験についての数学的な議論だった。この研究はトムソンが定性的に進めたアイデアを定量的な形で示したもので、きわめて高等な数学的処理を行っているが、物理学的な発見または新しい原理を示したものではなかった [1]。 

1899年に、ウォーカーは「Aberration and some other problems connected with the electromagnetic field」という題のエッセイに対して、後にケンブリッジ大学のルーカス教授職に就くジョセフ・ラーモアとケンブリッジ大学のアダムズ賞を分かち合った。ウォーカーは電気力学などの業績により1904年には王立学会の会員に選ばれた。インドへ赴任した後には1908年にカルカッタ大学で電磁気学についての一連の講義を行い、それはその後ケンブリッジ大学出版局から出版された。ウォーカーの電気力学に対する興味は、彼の優れた数学的才能を適用できる問題を彼が見つけた時に生じたようである [1]。 

彼の力学への興味も続いていた。1892年には完全流体の中での楕円体の発射体の運動に関する議論を論文として発表した。これは当時の流体運動の古典理論とは全く異なったもので、彼の理想的な状態での理論は、現実の砲術とはほとんど関係がなかった [1]。また、彼は1896年に特殊な回転をするコマの運動に関する論文も出版した。

3.2 ブーメラン

ウォーカーは1880年代にオーストラリアへ旅行に行った際に、ブーメランに興味を持った。そして自らそれを投げるようになり、その名手となった。ケンブリッジ大学時代から、大学の公園（ケンブリッジ・バックス）でブーメランを投げる彼の姿は有名であり、当時からブーメラン・ウォーカーと呼ばれていた。

ケンブリッジ・バックス（https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_Backs.jpg）

 ウォーカーは1897年にブーメランに関する独創的な論文「boomerangs」をNature誌から出版した。空気力学についてほとんど知られていなかった当時、ブーメランが現在知られている高アスペクト比による優れた空気力学的な側面を持っていることに彼は気づいていた。彼はブーメランの速度成分と回転成分の項を用いてブーメランにかかる空気力学的な力とモーメントを表わし、これらの力の作用に基づく独特なブーメランの運動を分析した [1]。

彼は論文においてにおいて、円を描いて戻ってくる場合、円を描いて戻ってくる際に投者の前で2回目の円を描く場合、その応用として投者の後ろまで行ってから2回目の円を描く場合、ウォーカーが成功した最も複雑な投者の前後を行き来しながら3つの円を描く場合、直線に近い軌跡で往復する場合の例を挙げている [3]。それら以外に、戻らない投げ方があることも示している [3]。これらの結論は、現代の空気力学によっても変わっていない。

 

ウォーカーが示した最も単純な円を描くブーメランの飛び方（反時計回り）。上図は上からの俯瞰図、下図は鉛直断面図。図中の直線はブーメランの回転軸。回転が増すと角速度が増す。傾き（COSθ: θは回転面と水平面との角度）が増しても角速度が増す。傾きと回転が増すとより左側へ旋回する。これらを調節して円を描くように投げると投者の下に戻ってくる。[3]より

ウォーカーが示した投者の前で2回目の円を描くブーメランの飛び方。 [3]より

ウォーカーが示した投者の後ろまで行ってから2回目の円を描くブーメランの飛び方。 [3]より

ウォーカーが示した投者の前後を行き来しながら3つの円を描く最も複雑なブーメランの飛び方。 [3]より

ウォーカーが示した直線に近い軌跡で往復するブーメランの飛び方。 [3]より

この論文は広く知られた。そのためウォーカーはスポーツとゲームの数学的な側面に焦点を置いたクライン百科事典のための記事を書くように依頼された [1]。1900年に出版された事典において、彼の記事はビリヤード、ボール・ゲーム（特にゴルフ）、ブーメラン、自転車の4つにわたっており、それは当時のスポーツの分野で使われる物体の運動を支配する力学的な要因に関する知識がよくまとめられたものとなっている。

（つづく）

参考文献（このシリーズ共通）

[1] Taylor　I. G., 1962: Gilbert Thomas Walker. 1868-1958.The Royal Society, Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, 8, p166-174.
[2] Walker M. J., 1997: Pen Portrait of Sir Gilbert Walker, CSI, MA, SCD, FRS. 7, Royal Meteorological Society, Weather, 52, p217-220.
[3] Walker T.G., 1901: boomerangs. Nature, Nature Publishing Group, 64, 338-340.