実験装置

まずは，実験装置の説明から．
回転を計測するには，回転の位置情報を正確に計測する必要があります．
しかし，回転しているフィラメントはたかだか４０ナノメートル，光学顕微鏡ではなかなかしんどい太さです．
そこで，プローブを取り付けて，その重心位置から回転を求めます．

下の図が装置図です．

詳しくは，ナノ計測の説明のところをご覧ください．
さて，回転運動がどのようにして４分割フォトダイオードに感知されるかというと，以下の図を見ると理解しやすいですね．

これは，原点Ｏを中心として，距離ｒで回転運動する物体です．
ｘ投影，ｙ投影の位置は，
　x=r cosθ
　y=r sin θ
で表すことができます．
ここで，角度θは時間とともに変化するので，
　θ＝ω×ｔ
となります．
実際のべん毛モーターの回転の様子は，

となり，きれいに余弦波，正弦波になっていることがわかります．
それぞれの波の周波数は同じ，ω，なので，これらの波形のフーリエ変換を取ると，以下のようになります．

ここでは，約１８０Ｈｚで回転していることがわかりますね．
さて，先ほどのＸ，Ｙの変化を二次元にプロットし直すと，

となり，べん毛モーターの回転運動を再現することができます．

このようにして，べん毛モーターの回転を４分割のフォトダイオードを用いて計測，記録，するのです．
次に，回転の様子の詳細を見ていきましょう．