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風から受ける力2(形の影響)

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

  • ものの形を変えると、ものにはたらく風から受ける力はどうなるでしょうか?
  • 四角い棒と丸い棒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。
  • 四角い棒のとき、ゴムは32cmくらい伸びます。丸い棒のとき、22cmくらいまで伸びます。丸い棒は四角い棒に比べて風による力(空気抵抗)が小さいことがわかります。
  • 丸い棒では風が棒の後ろ側に少し回り込んで後ろにできる渦が小さくなります(はく離が小さくなります)。渦が小さくなった分だけ風による力(空気抵抗)が小さくなったのです。
【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。円柱(丸い棒)と四角柱(四角い棒)では、円柱のほうが抗力係数CDの値が小さく、抗力FDが小さくなります。
(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。円柱の抗力係数はCD=0.7〜1.2、四角柱の抗力係数はCD=1.1〜2.0くらいです(それぞれ長さなどによって変化)。
【キーワード】 空気抵抗、抗力
【関連項目】

風やゴムのはたらき風から受ける力1(大きさの影響)浮力でジャンプ1

【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.

更新日:2018.4.1