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経済・仕事(知的財産・モノ作り)・科学、ポジティブシンキング(モチベーションup、メンタルヘルス)、地球環境、歴史、ゴルフ・野球、囲碁・・・手当たりしだいに理詰めで追求!
by hugoniot
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揚力とは?(飛行機の翼と浮き上がる球は原理が違う)

揚力は、次の様子を想像するのが良いでしょう。
 ①紙飛行機や下敷きを投げる。 スキーのジャンプ。
 ②野球やソフトボールで、ホップする速球を投げる。

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まず①の場合(板状物)について考えてみましょう。


揚力は、次の根本原理に基づいています。
『モノは(風・水などの)流れを受けた面と垂直方向に力を受けて、その方向に動く。』


なぜ そうなるか??

”面に当たる流れ=空気の分子” を想像してみましょう。
                ↓
”ビリヤードテーブルの壁面に当たる キューで突いた球” と同じ。
   (※空気分子を思い浮かべ、分子を球に置き換える・・・。
      この置き換えが 科学問題を考える時の最大のコツで、最も難しいところ。)
                ↓
”ビリヤードの壁面に向かって、斜め方向から球をぶつけた” としましょう。
                ↓
ビリヤードの壁面は、どの方向に力を受けるでしょうか??
                ↓
壁面について考えるのは ちょっと難しいので・・・
”壁面との衝突によって、球がどんな力を受けたか?” を代わりに考えてみましょう。
                ↓
球の速度は 衝突前後でどう変わったでしょうか?
                ↓
壁がエネルギーを吸収してしまわない理想的な反発(=完全弾性衝突)を想定します。
球の速度を、壁面に垂直な方向と/平行な方向に分解して考えることにします。
                ↓
(ⅰ)壁面に垂直な方向
 衝突前後で、速度は方向が逆になり、大きさ=速さは変わりません。
     → 「球が壁面から力を受けた」ということになります。

(ⅱ)壁面に水平な方向
 衝突前後で、速度は方向、大きさともに変わりません。
     → 「球は壁面から力を受けてない」ということになります。
                ↓
(ⅰ)(ⅱ)を合わせると・・・
壁面との衝突によって、
「球は壁面から、壁面垂直方向に力を受けた。」ことになります。
                ↓
ということは・・・
作用-反作用の法則 (ニュートンの運動に関する第三法則)により、
「壁面は球から、壁面垂直方向に力を受けた。」ことになります。
                ↓
ということは・・・
『流れ中にあるモノは、流れの分子から 衝突面の垂直方向に力を受ける』 ことになります。

【注】 ×:「流れの方向に力を受ける」            のではありません!!
    ○:「流れが衝突する面と垂直方向に力を受ける」 のです!!


だから、飛行機の翼は 風を受けて上向きの力を受ける。
この上向きの力を ヒトは「揚力」と呼んでいることになります。

「揚力」とは、
「流れ中の 空気(窒素や酸素)や水分子の衝突力」 これは 俗に言う 「応力」です。

そして「応力」は煎じ詰めれば
他のコラムで説明していますが、「電気力」ということになります。


「揚力」とは 流れの「衝突力」なので、当然・・・
 *向かい風の方が 揚力は大きくなります。 (追い風になると失速。。)
 *風を受け止める面積が広いほど、面と垂直な方向に大きな力を受けます。
    ・・・ただし、その方向が重力と反対向き=揚力になるかどうかは 話が別です。
    ・・・もし 面が鉛直に立ってしまったら、風から受ける力は大でも揚力down→失速。

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次に、②の場合(球状物)を考えてみましょう。


浮き上がるような・ホップする球って どんな球なのでしょう?
             ↓
一言で言えば、バックスピンがかかっています。

サッカーボールでも、テニスボールでも、卓球の球でも、
野球の球でも、ソフトボールでも、バレーボールでも、ゴルフボールでも・・・何でもそう。


*回転数(バックスピン量)が多いほど、
*流れに対して速く動いているほど、  
大きく浮き上がりますね。 つまり揚力を得ています。

でも、この揚力は・・・
①板状物のように、「流れを受けた面と垂直の方向に 力を受ける」では説明できません。
説明できないってことは、理屈が違います。

回転によって、球が流れから力を受ける。・・・これは”マグナス効果”と呼ばれるものです。
 *バックスピンをかけると 球が浮き上がる。
 *トップスピンをかけると 球が沈み込む。
 *サイドスピンをかけると 球が横に曲がる。

なぜ、マグナス効果が起きるのか??
これは揚力と別の問題なので、他のコラムで考察します。
 
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by hugoniot | 2007-03-13 02:40 | 科学
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