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風から受ける力1(大きさの影響)

まずは見てみよう!

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どんな実験?

実験手順と種あかし

  • ものの大きさを変えると、ものにはたらく風から受ける力はどうなるでしょうか?
  • 四角い棒1本と2本で比べてみましょう。風を当てたときのゴムひもの伸びから風による力の大きさを調べます。
  • 1本のとき、ゴムは32cmくらい伸びます。2本のとき、60cmくらいまで伸びます。大きなものほど風による力(空気抵抗)が大きいことがわかります。
  • 2本のほうが1本にくらべて前から見た面積が2倍になります。風による力はおよそ2倍になります。一般に、同じ形であれば面積が2倍になると風による力はおよそ2倍になります。
【発展】

一般に、抗力FD(空気抵抗や水の抵抗など)は次の式で表すことができます。
(抗力FD)=(抗力係数CD)×(流体の密度ρ)×(速さU )2×(前方投影面積S )÷2

 ここで、抗力係数CDはおもに物体の形によって決まります。前方投影面積Sはその物体を前から見たときの図形の面積です。この式から、抗力FDは前方投影面積Sにほぼ比例することがわかります(抗力係数CDが変化する場合もあるので「ほぼ比例」になります)。
【キーワード】 空気抵抗、抗力
【関連項目】 風やゴムのはたらき大きい球と小さい球
【参考】 日本機械学会編「流れのふしぎ」講談社ブルーバックス、P148−155.
石綿良三「図解雑学流体力学」ナツメ社、P54−55およびP58−63、P74−75.

更新日:2018.4.1