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航空機は翼下面の空気密度を上面より高くすることによって揚力を得ます。では、浮力についてはどうでしょう。例えば、水中に置かれた水より比重の軽い球体を考えると… 「球体も水も地球の中心に引き寄せられる。ところが、水のほうが比重が重いので球体の下面に水が回り込んで球体を持ち上げてしまう。」 こんな考えでよろしいのでしょうか。 それから旧 AnsQデータベースで検索キーワードを打ち込んでも表示されないようなんですが… ノーチラス |
- Google検索で、
QQCCMMVVGGTT site:warbirds.nu
を
QQCCMMVVGGTT site:warbirds.jp
とすれば良いようです。(←パソコン入門以前な奴の言)
こをり
- 追加です。パソコン入門以前な奴の言ですのであまり信用しないでください。
こをり
- 浮力は圧力差によるものです。
下部のほうが上部よりも圧力が高くなり、下部のほうがより強く押されるために合力は上向きになります。
VV
- 水中では、頭上にある水の重量の影響を受けます。深く潜れば潜るほど、
頭上にある水の量もドンドン増え、水の重量も大きくなります。この重量が
水圧です。単純計算では1平方mの面積を持つ物体は、1m潜るごとに約1tの重
量(水圧)を受けることになります。10mでは約10tとなり、100mでは約100t
となります。後者の場合、1平方cmあたり10kgの重さを受け取ることになる
ので、親指だけで生まれたての赤ちゃんを支えている計算になります。正確
には水の密度、重力加速度、水深の三つをかけあわせたものとなりますので、
数字はもう少し小さくなりますが、気にするほどではありません(その人の
性格によりますが)。
さて、水中にある物質は四方八方から水圧を受けます。その中には押し上
げる力もあれば、押し下げるものもあります(当然、押しつぶそうとするも
のも)。頭上の水は押し下げようとし、足もとの水は押し上げようとします。
この時、どちらの力が強いかと言うと、水深の深いほうが圧力は大きいわけ
ですから、押し上げる力の方が強いと言うことになります(逆立ちをしてい
ない限りですが)。これを浮力と申します。
この浮力に対抗して潜ろうとすると、浮力以上の力を与える必要がありま
す。力は質量と速度ですので、静止している場合は、比重がより重ければい
いわけです。ハンドル・ネームに使用されておられますNautilusが登場する
「海底二万里」を御覧下さい。実に微妙なバランスで潜水艦が浮いているか、
いかに小さな水の出し入れだけで潜れるかが、本物の文豪の筆で書いてあり
ます。
なお、旧日本海軍が開発した海龍と言う特殊潜航艇は中央部に主翼を持っ
ており、航空機に似た動きが可能だったようです。
以上、文系の物理でした。
hush
- こちらも、文系のカラ物理です(まちがいなく「力」の用語法など間違っていると思う)が、どちらかというと揚力の浮力の関係の整理をした方がスッキリするかも知れません。
まず、揚力と浮力は媒体が水でも空気でもどちらでも発生します。媒体中を移動する物体が生じる力が揚力、媒体と媒体中物体の比重差で生じる力が浮力です。空気中を揚力で飛ぶのが飛行機、浮力で飛ぶのが飛行船、水上に揚力で浮き上がるのが水中翼船、浮力で浮かんでいるのが通常の船舶です。
さて、飛行機は、翼の下側の空気密度を上げるのではなく翼の上側の圧力を下げることによって飛行しています。翼の上側を下側より速い速度で移動する空気の圧力は下側の圧力より低下し、そのために翼は低圧の上側に吸い上げられる(あるいは下の高圧によって押し上げられる)ことになります。この時、翼の上下の空気の密度は同じ(厳密に考えれば、翼上面で空気が圧縮される分、上の密度がやや高いでしょう←このあたり一寸不安)です。
これは水中でも同じ事で、水中翼船の翼は媒体が空気から水に変わったことを除けば、飛行機とまったく同じ原理で浮きあがります。
揚力の発生には翼自体か媒体である空気や水の移動が必要です。速度が速蹴れば早いほど、発生する揚力も増大します。
これに対して、浮力は船と水、あるいは飛行船と空気といった媒体より軽いものの飛行の原理で、両者の比重の差のみの問題となり、速度は関係ありません。これを「球体も水も地球の中心に引き寄せられる。ところが、水のほうが比重が重いので球体の下面に水が回り込んで球体を持ち上げてしまう。」といってもいいいのかも知れませんが、VVさんやhushさんのおっしゃるような説明のほうが良いと思います。
カンタニャック
- 「球体も水も地球の中心に引き寄せられる。ところが、水のほうが比重が重いので球体の下面に水が回り込んで球体を持ち上げてしまう。」というのは因果関係が逆です。
物体が上方向かって移動し、空いた空間に水が流れ込むのです。
そうでなければ繋維機雷や阻塞気球のように繋ぎ止められた物体に働く浮力を説明できません。
VV
- >5 自己レス
やばい、翼上面の方が翼下面より距離が長いじゃないか。空気密度と圧力の関係について、とんでもないバカをいっているような気がしてきた。
訂正あるいはフォロー急募。
大体、みんな、なんでこんな基本的な質問に答えてくれないの(ブツブツ。
カンタニャック
- 翼上面は下面と同じ量の空気がより長い範囲に分布し、圧力・密度共に減少します。
VV
- 沢山の回答、嬉しく拝見しました。
こをりさん。うまく出来ました。(ほっと安心)
よく飛行原理の説明で >翼は低圧の上側に吸い上げられる という解説を目にするのですが、それは絶対に間違いで >下の高圧によって押し上げられる と改めなくてはならないと私は思うのですが如何でしょう?
VVさんとhushさんとカンタニャックさんの回答を読んで思ったのですが、例えば比重の軽い棒を水底に軽く突き立てて手を離すと浮き上がる。−これはそうしますと突き立てた時、水圧は棒の底面にかからない訳ですが浮き上がってしまう。 ということは棒の側面に水圧がかかり棒の長さが水底に近いほど水圧が高いので棒を浮上させてしまう というような考えで良いのでしょうか? いやそれでは何かおかしいような。
どうも自信がなくて…
ノーチラス
- >9
あまり自信は無いですが参考までに...
理論上は,棒と水槽の底面が,水や空気の分子が入り込めないほど完全に密着しており,棒の側面も完全に鉛直かつ平滑であれば浮力は発生しないと思います.
しかし,棒が傾いたり振動したりして僅かでも隙間が生まれ水が浸入したら,直ちに浮力が発生して浮き上がってしまうでしょう.
また,壁面に僅かでも凹凸があれば形状によっては(側面にかかる水圧の合力が上向きならば)浮力が発生すると思います.
どん
- ゴミレス
上から下への水圧を受けなければ浮力は発生しない、という話は何だか経験則に一致しないような気がします。教科書的には底面と上面に働く圧力の差として説明されているようですが…。
http://club.pep.ne.jp/~tatematsu/furyoku1.html
ネットを調べていたらこんな恐ろしげなモノまで出てきてしまいました。…永久機関?!(汗;)
http://www.geocities.co.jp/Technopolis/7934/column06/270454.html
ささき
- >よく飛行原理の説明で 翼は低圧の上側に吸い上げられる という解説を目にするのですが、それは絶対に間違いで 下の高圧によって押し上げられる と改めなくてはならないと私は思うのですが如何でしょう?
上面の負圧で吸い上げられるか、下面の正圧で押し上げられるかは、言葉の綾のようなもので、
正圧と負圧の差が押し上げる力になっていると言っても同じだろうとは思いますが。
それでもあえてお聞きしますが、上面の負圧の絶対値の方が、下面の正圧の絶対値よりもずっと大きいことを
ご承知の上で間違いだと断言されているわけでしょうか?
便利少尉
- >棒と水槽の底面が,水や空気の分子が入り込めないほど完全に密着しており…
そうしますと もし、三角錐形状の棒(比重の極力軽い材質で製作)をフラットな水底に着底させたとします。接着力の弱いシールド剤で底面外周を囲んだとしたら ー「浮かばない」ということになるのでしょうか? 日常感覚的に浮くような気がしてならないのですが。
>上面の負圧の絶対値の方が、下面の正圧の絶対値よりもずっと大きいことを…
もう少し考えたいと思います。
ノーチラス
- >9
ノーチラスさんの書き込みを見ての推定ですが、おそらくノーチラスさんは、物があることから力が生じることはわかるが、物がない状態から力が生じるのはおかしいとお考えなのではないでしょうか。
たとえば真空ポンプについて、「真空を作り出すことによって媒体を吸い込む」という表現は間違っている。真空は単に物質が存在しないことであって、真空に物を引きつける力があるというのはおかしい。「大気の圧力によって物を真空の場所に押し込む」というのが正しい表現だとおっしゃりたいのではないでしょうか?
私の理解が間違っていたなら、ごめんなさい。
もしあっているなら、ノーチラスさんへの意見。
1) ノーチラスさんのようなパルメニデス主義(注1)は、現在はきわめて少数派です。ご自分の意見を他人に理解してもらうためには、何故そのような主張をするのかをはっきり説明した方がいいでしょう。そうしないと、支離滅裂な奴と見られる危険性大です。
2) 「翼は低圧の上側に吸い上げられる という解説を目にするのですが、それは絶対に間違いで」と主張されるなら、そもそも物理的な力は必要に応じて定義されるものだから、「真空が引く」も「空気が押す」もまったく同じことと考える多数派の主張を論破する必要があります。
3) この手の話は、最初から拒否される方もいるでしょう。その場合は無理に論戦を挑まない方がよいと思います。またこの手の話題は時として宗教問題や政治問題以上にエキサイトする危険がありますのでご注意下さい。そして普通は遅かれ早かれ水掛け論になることを覚悟して下さい。
(注1)古代ギリシアの哲学者で「あるものはある。ないものはない。」と主張し、真空空間や無の存在を否定。
カンタニャック
- >13
でもさ、例えば水より軽いゴム板をガラスみたいに平滑な底面にピッタリ密着させたら『吸盤の原理』で吸い付いて浮かばない気はしますね。しかし吸盤の吸着力が接触面積に比例することは経験則的に納得できるのですが、浮力が「上面と下面の圧力差(+側面積に働く圧力の上向き成分の積分)」で発生するというのは何か納得できません。アルキメデスの原理によれば、浮力は「その物体が押しのけた媒体の体積」に比例する筈ですよね??
ささき
- >9
----引用----
よく飛行原理の説明で >翼は低圧の上側に吸い上げられる という解説を目
にするのですが、それは絶対に間違いで >下の高圧によって押し上げられる
と改めなくてはならないと私は思うのですが如何でしょう?
----引用ここまで----
正確に言うなら、「翼の上面の空気も下面の空気も翼を押すが、下面の空気のほうが押す力が強いために合力は上向きとなる」となるのではないかと思います。
>>15
「アルキメデスの原理」ではなくて「アルキメデスの法則」ではないでしょうか?
VV
- >>12
圧力の絶対値は正の値です。
正圧・負圧というのは気圧と比べたときの値です。
翼の上面下面の空気の密度や圧力は反対側と比べてどうかということが重要なのであって、大気と比べるのは意味の無いことではないでしょうか。
VV
- >圧力の絶対値は正の値です。
これは忘れてください。「絶対的な圧力」と勘違いしてしまいました。
VV
- >13
たぶん浮きません。ただし水分子がわずかでも入り込み、底面の圧力が
上面の圧力より大きくなれば浮かびます。逆にいえば入り込める分子が
なければ、そこは真空になるわけです。
これは思考実験でして、現実的には不可能です。
(やろうとも思えばできるかもしれませんけど)
これとよく似た事例として、固体の引っ張りがあります。
ゴムでもなんでも引っ張ると切れますよね、あれはどんな物質でも内部に
欠損があり、そこの力が集中することで切れます。
もし欠損が全く無い物質が存在するとすれば、ほぼ無限の伸びるそうです。
感覚的にはうそくさいですが、そうなると材料強度学の先生は言ってました。
taka
- 負圧正圧の絶対値と言う表現が適切かどうかは分かりませんが、言いたかったのは要するににこう言うことです。
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/fluids/airfoil.html#c1
この上から二番目の図をご覧下さい。翼の下側の矢印の面積よりも、
上側の面積の方がずっと広いのがおわかりと思います。
便利少尉
- >>19
実験なら簡単にできます。
同じ吸盤をプールの壁の水面下50cmのところと1.5mのところへ付けて引っ張ると、水面下0.5mの吸盤は水面下1.5mの吸盤の3/5倍の力で剥がれます。
>>20
実在の航空機は翼の中が空洞になっているので上側外板には機体から剥がされる向きの力が働き、下側外板には機体に押し付けられる向きの力がかかります。
この「機体から剥がされる向きの力」を「吸う力」と呼べば下から押される力よりも上に吸われる力のほうが強くなるので「翼には上に吸い上げられる力が働く」という表現をすることについてとやかく言うつもりはありませんが、空洞を考慮せず翼と外気との関係だけで考えれば上面も下面も空気から押されているわけですから、「下から押し上げられる」も間違いではないと思います。
VV
- 空洞を考慮せず翼と外気との関係だけで考えれば、と書きましたが、空洞を考慮しても押す力だけですね。上側外板を上から押す力、上側外板を下から押す力、下側外板を上から押す力、下側外板を下から押す力の合力を求めると上向きになるわけです。
VV
- >>20 ひょっとして翼下面に働く力より上面に働く力のほうが大きいではないか、とおっしゃっているのでしょうか?
頓珍漢なことを書いてしまったようですね。
VV
- 沢山の回答に感泣しております。
16のVVさんの>翼の上面の空気も下面の空気も翼を押すが、下面の空気のほうが押す力が強いために合力は上向きとなる。
が私の思い描いていたものです。例えば、密閉された容器にゴムボールをぎっしりと詰め込み中ほどに翼を置きます。そして、翼上面のボールを取り除くと翼が上昇する。これは下面ボールの弾性圧力によるものなので「吸い上げられる」の表記は間違っていると考えた次第であります。(私は何か勘違いしてるのだろうか…)
肝心の浮力の件ですが 暫く考えてみたいと思います…
ノーチラス
- >15,24
遅レスの上,既に他の方が答えられていますが...
難しく考えずに,「浮力」等という言葉は忘れて,その物体にはどんなプリミティブな力が働いているのかだけを見てみてはどうでしょうか?
この場合は重力と水圧ですね.
で,物体の全周が水に触れているのなら,表面にかかる水圧を全て合計すると,「その物体が押しのけた媒体の重量」に相当する鉛直上向きのベクトルになります.
直方体で考えれば自明です(側面にかかる水圧は対面どうしで相殺,残るのは上面と底面の水圧の差×底面の面積,水圧は「上に乗っている」媒体の重量+気圧に相当).
複雑な形状の物体の場合は極めて細い四角柱の集合と考えて極限値をとれば同じ結果になるはずです.
これを便宜的に浮力と呼んでいるだけのことです.
ですから,物体の一部が水槽に密着しており全周に水圧が働いていないのなら「アルキメデスの法則」は成り立ちません.
でも,10の私の物言いはまだるっこしいですね...(吸盤を思いつかなかった)
どん
- > 14、24
ノーチラスさんのお考えとは別に勝手に問題を拡散してしまいました。
申し訳ございません。
お詫びいたします。
カンタニャック
- これまでに回答いただいた全ての皆様に感謝いたします。とても参考になりました。
今後も宜しく、ご協力ください。
ノーチラス
- >25. なんかわかったような気になりました(^^)。フォロー感謝です。
ささき