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 「そもそも、何百トンもある飛行機がなぜ飛べるのかがわからない。」飛行機の嫌いな人はよくいう。

 原理がわからない以上乗らない。そのくらい用心深くて本当はよいのかもしれない。私は「面白そうだから」といろいろなことに手を出し数多く失敗している。

 「失敗は成功の母である」と、エジソンは言っているが、結果を出せたからそう言えるのであって、われわれ凡人はなかなかそこまではいかない。

 飛行機は何度か乗ったが、あんな大きな旅客機がなぜ飛ぶのだろうか?あまり考えたことはなかった。

 今日は飛行機の飛ぶ原理「渦理論」「ベルヌーイの定理」「ジェコフスキー翼」について調べる。

 果たして飛行機嫌いの人を納得させ、飛行機に乗せることに成功するだろうか?
(参考HP Wikipedia・飛行機カフェネット・ 飛行機が飛ぶわけ

 なぜ飛行機は飛ぶのか?


 飛行機の設計は「渦理論」でなされる
 飛行機は翼に生じる揚力で飛ぶ。揚力は「物体の周りに生じる循環(渦)により上面と下面の圧力に差が生じ、その圧力差の総和として生じる」。現在の飛行機は、この「渦理論」ですべて設計されているそうである。

 この渦のはたらきで、翼の上部は空気の流れが速くなり、翼の下部は流れが遅くなる。「流体の速度が増加すると圧力が下がるから、上昇する力が生じる」とも考えられる。これをベルヌーイの定理というが、揚力全体を説明するものではない。

 あくまで飛行機全体のまわりにできる、渦のつくり出す圧力の総和で揚力は生じるとするのが現代飛行機の飛ぶ原理である。

 コアンダ効果とニュートンの第3法則では飛ばない
 インターネット上では「コアンダ効果」と「ニュートンの第3法則」によって「揚力」を得ている。という説明を見つけることができる。

 コアンダ効果とは、流体(空気とか水とかのこと)の流れの中に物体を置くときの流体の性質。翼の面積の広い上部は速く流れるため、翼の後方では流体は翼面に対して垂直方向に曲がって流れる性質。

 ニュートンの法則は3つあるのだが、その中の作用反作用の法則は、ある物体に力を加えるとその物体は加えた力とは逆向きに同じ大きさの力で押し返すという法則。

 「飛行機が加速すると当然空気が翼に当たる。上の図で翼に空気が当たった場合を考えよう。翼に当たった空気は翼の上部と下部にわかれる。翼の上部の空気は速く流れるから、コアンダ効果の影響で翼の後ろでは、大きくその流れる方向が垂直方向に変わる。

 そうすると、流れる空気が真下に周囲の空気を押している(力を加えている)ので、今度はニュートンの法則から、翼もその反作用で揚力を得る。」...このようなことも考えられるが、実際にこの力を測定したところ、全揚力の1/10もなかったという。

 ニュートンの法則とは何か?


 第1法則(慣性の法則)
 外力が加わらなければ、質点はその運動(静止)状態を維持する。(力を加えられない質点は等速度運動(等速直線運動)を行う)

 第2法則(ニュートンの運動方程式)

 質点の運動(運動量)の時間的変化は、それにかかる力の大きさに比例し、力の方向に作用する。
 
 第3法則(作用・反作用の法則)
 二つの質点 1,2 の間に働く力には一方の質点に作用する力だけでなく、他方への反作用の力がある。これらの力は大きさが等しく、方向が逆である。  

 ジューコフスキー翼とは何か? 


 ジューコフスキーはロシアの物理学者。空気力学を研究して現代的な翼理論を確立し、「ロシアの航空の父」と呼ばれる。

 もっとも理想的な揚力が得られる翼の形がジューコフスキー翼である。ジューコフスキー翼は実際の翼型に近いが、後縁でなす角度(後縁角)が0度となってしまう(= 後縁が非常に薄くなる)問題がある。

 ジューコフスキーは球を流れの中においても揚力は発生しないが、回転をあたえると球の周りに渦が出来、これが揚力を発生させると考えた。(野球のボールが曲がる原理)

 

参考HP Wikipedia「コアンダ効果・ニュートンの法則・ジューコフスキー翼」
飛行機が飛ぶわけ「ベルヌーイの定理をめぐる論争を解く」 鈴木真二
 →
 http://hitomix.com/taruta/paperplane/Bernoulli-1.html 

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