揚力の仕組み

こんにちは。就労移行支援事業所Re:cafeです。

どうして飛行機が空を飛べるのか不思議に思いますよね。

今回のブログでは揚力について考えてみようと思います。

揚力とは空気や水の流れの中を移動する物体に対して、移動方向と垂直な方向に働く力のことを言います。

揚力が発生する仕組み

飛行機の翼に空気が当たると上の面を通る空気の流れが速くなり、下の面は遅くなり、流れが速い上側は気圧が下がる性質の為、下の高い気圧が上の低い気圧の方へ押し上げる。

翼が空気を斜めに向かって押し下げると、反対方向に押し返される力が働く作用・反作用の働き。

　飛行するときの力

　揚力：上へ向かう力

　重力：下へ引っ張る力

　推進力：前へ進む力（エンジン）

　抗力（空気抵抗）：後ろへ押し戻す力

揚力を失うとき

翼を立てすぎると、空気が表面をスムーズに流れず、渦を巻いて離れることにより、揚力が減少して機体が落下してしまいます。

鳥、昆虫などの場合は

激しく羽を動かすと羽の縁に空気の渦が発生し、気圧が低くなることを利用して上にある渦に吸い上げられるように揚力を得ている。

小さな生物は1秒間に数百回という速さで羽を往復させることで、浮かせるための渦を作り続けて揚力を得ている。

※写真はイメージです。

他の揚力の例

野球の変化球、サッカーのカーブシュートはボールが回転しながら進むと、回転の方向と同じ側の空気の流れは速くなり、反対側は遅くなる。これにより気圧の差が生まれ、ボールが曲がる方向へ揚力が発生する。回転数が多く、球速が速いほど揚力が大きくなり急激に変化することになります。

ヨットは風を後ろから受けるだけではなく、帆を垂直に立てた翼のように使い、風との間に揚力を発生させて進む。これにより風に向かって斜め前方へ進むことも可能となります。

水中翼船は船体の下に水中翼という翼があり、スピードが上がると翼に揚力が発生し、船体を水面上に持ち上げます。水との抵抗が減少する為高速で進むことが可能となります。

レーシングカーはダウンフォースと言って、ウイングを飛行機とは上下逆の形状にすることで、空気が車体を地面に押し付ける力を発生させています。それにより、車体が浮き上がるのを防ぎ、タイヤを地面に押し付けることで、高速でカーブを曲がる事が出来るようになります。

風力発電のブレードも風が当たると揚力が発生して、その力でプロペラを回転させます。風に押されて回るよりも揚力を利用する方がエネルギー変換効率が高くなります。

揚力は色々なところで活用されているのですね。身近なところで揚力が使われていないか、もっと調べてみようと思います。