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空気抵抗の小さな流線形

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

  • ものに風を当てたときの力を小さくする形を実験してみましょう。四角い棒の前側にとがった形、後ろ側に丸い形を取り付けます。はじめはとがったほうを前に、次にとがったほうを後ろにして風を当ててみます。
  • とがったほうを前にして風を当てると、ゴムひもの伸びは11cmくらいです。四角い棒だけのときが32cmくらいですので(風から受ける力2(形の影響))、風による力(空気抵抗)は小さくなることがわかります。
  • 次に、とがったほうを後ろにすると、ゴムひもの伸びは8cmくらいです。風による力(空気抵抗)は、とがったほうを前にしたときよりもさらに小さくなることがわかります。これは後ろをとがらせることによって後ろ側に渦ができないようにしているからです。このような、前側が丸く、後ろ側がとがった形は空気抵抗の小さな理想的な形であり、「流線形」と呼ばれています。実際によく使われている流線形は、今回の実験で使った形よりももっと薄い形で、さらに空気抵抗が小さくなります。
【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。飛行機などで使われている翼(流線形をしている)の抗力係数はCD=0.04〜0.1くらいで抗力がたいへん小さく、他の形にくらべて理想的といえます。
【キーワード】 空気抵抗、抗力
【関連項目】

風やゴムのはたらき風から受ける力2(形の影響)ドルフィンジャンプ

【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P70−71、P98.


更新日:2018.4.1