飛行機は鉄の塊なのにどうして飛ぶ…?
紙飛行機のように軽ければ、風に乗って飛んでいきそうですが…
人や荷物をのせた、こんな重たそうな鉄の塊が、
どうして空を飛ぶことができるのでしょうか…?
飛行機が飛ぶ仕組みについて、簡単になりますが見ていきたいと思います。
飛んでいる飛行機に働いている4つの力
飛んでいる飛行機には大きく4つの力が働いているそうです。
↑揚力(ようりょく)
←推力(すいりょく) 抗力(こうりょく)→
↓重力(じゅうりょく)
← 推力(すいりょく)
推進力(すいしんりょく)ともいうのですが、物体を進行方向へ押しやる力をいいます。
飛行機ならば、プロペラやジェットエンジンなどの反作用(はんさよう)※として生じる力になります。
※反作用(はんさよう)とは… ある物体に力を及ぼしたとき、その物体から同じ大きさで逆向きの力を受けること。
↑ 揚力(ようりょく)
物体の進行方向に対して垂直に働く力になります。
飛行機ならば、翼を上向きに引き上げる力をいいます。
前進する事により発生する力で、この揚力により浮かんで空中で機体が支えられています。
↓ 重力(じゅうりょく)
物体を地球に引く力になります。
飛行機でしたら、飛行機自体だったり、人や荷物の重みにより地球に向かって働く下向きの力〔地球に引っ張られる力〕になります。
先ほどの↑上向きに働く力(揚力)が、↓下向きに働く力(重力)に勝ると飛行機が空中に浮かぶということになります。
→ 抗力(こうりょく)
抵抗力(ていこうりょく)ともいうのですが、物体が進行方向へ進む力に対して反対向きに働く力になります。
飛行機でしたら、進行方向に進む際に受ける空気抵抗などがそれにあたり、前から強い風が吹けば、それだけ抗力も強くなります。
飛行機が安定して水平に飛んでいるときは、
←推力(すいりょく) と 効力(こうりょく)→ が釣り合い、
- 【 推力=効力 】
↑揚力(ようりょく) と 重力(じゅうりょく)↓が釣り合っている状態
- 【 揚力=重力 】
ということになるようです。
この4つの力のバランスによって飛行機がコントロールされることとなります。
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飛行機が飛ぶ仕組みについて
加速して前進するだけではなく、
↑揚力(ようりょく)が働いて浮くことで、はじめて飛行機となるわけですが、どのような仕組みが飛行機には隠されているのでしょうか…?
実は、翼の形状が重要なポイントのようです。
一般的な主翼(しゅよく)〔機体を支え揚力を発生させる大きな翼〕を拡大してよく見ると、上部のほうが丸みを帯び、前方が丸くて後ろに向かって薄くなり尖っていくのですが、揚力を発生しやすい形状にしています。
この形状により飛行機が前進することによって、翼の周りには空気の循環が生じるそうです。
丸みを帯びた翼の上部の空気の流れが速くなり、翼の下部の空気の流れのほうが遅くなります。
すると、翼の上部と下部の圧力〔押しつける力〕の差が生じて、圧力の低い上部の方へ吸い寄せられていくといった原理を利用したのが飛行機だったのです。〔ベルヌーイの定理〕
例えば、飛行機が離陸するとき、陸上で飛行機の加速をぐんぐん上げていきますが、
←推力〔前に進む力〕が強まることによって、先ほどお話した翼の周りの空気の循環と共に↑揚力が強まります。
そして重力↓より揚力↑に強い力が生じたときに、機体は浮いていく〔吸い寄せられる〕というわけだったのです。
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ちょっと余談ですが…
F1などで使われているレーシングカーなどをみると翼をひっくり返したような形状のもの〔リヤウィング〕が車体の後ろについていますが、
凄まじいスピードで走るレーシングカーなどでは、車体に対して揚力↑が働いてしまうため、逆に下へ揚力が働くようにするため、翼を逆さにしたような物を付け、車体が地面から浮いてスリップしないようにしているそうです。