ベルヌーイの定理
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１２月１７日は「飛行機の日」です。 アメリカのライト兄弟が初飛行に成功したのが、（１９０３年）１２月１７日であることに因んでいます。 ・・・というわけで、今回は、飛行機に関する話。  ２０２３年１０月２０日、ＡＮＡが、成田−ホノルルの路線に、３機目のエアバスＡ３８０を投入しました。 「フライング・ホヌ」の愛称（ホヌは「ウミガメ」）で親しまれる、この機体の乗客定員数は、なんと５２０名。 １度に運べる乗客数は史上最多です。 もちろん、それだけ機体のサイズも大きくなり、最大離陸重量は５６０トンにもなります。 これだけ重い物体が、なぜ空を飛べるのでしょうか？・・・「ベルヌーイの定理」が関係しています。 【圧力は運動エネルギーに比例する】 中学１年生の理科（物理）で、「圧力」について学びます。 高校１年生の物理で、「運動エネルギー」について学びます。 高校２年生の理科で、物理を選択すると、「運動量」について学びます。 これらの知識を組み合わせると、気体の圧力が運動エネルギーに比例することを示すことができます。 どのような式変形をすれば良いのでしょうか？・・・一緒に学びましょう！ 【流路と流速の関係】 筒の中を空気が流れているイメージをしてみましょう。 その筒は、入口の断面積は２Ｓ平方メートルですが、途中から細くなっており、 出口の断面積はＳ平方メートルです。 この筒の入口から秒速Ｖメートルで空気を流します。 １秒間に進む距離がＶメートルですので、 断面積を考えると、１秒間に２ＳＶ立方メートルの空気を送り込んでいることになります。 体積の計算は、図形の種類にも依りますが、小学５年生から学び始めます。 筒の中で空気の量が変わっていないとすると、 出口からも１秒間に２ＳＶ立方メートルの空気が出ているはずです。 出口の断面積はＳ平方メートルですから、秒速２Ｖメートルで、空気は出ていくことになります。 このように、流路が狭くなると、流速は大きくなります。 【ベルヌーイの定理】 飛行機の翼の断面図を見ると、下側よりも上側の方が膨らんでいます。 ・・・ということは、上側の方が、空気の流路は狭くなっています。 ・・・ということは、上側の方が、流速は大きくなっています。 ・・・ということは、上側の方が、運動エネルギーは大きくなっています。 ・・・ということは、上側の方が、圧力が大きくなっています。 ・・・ということは、上から押さえつけられる力が大きくなり、飛行機は飛ばない？？？ あれれ、どこかで考え方がおかしくなってしまったようです。 いったい、どの段階がおかしいのでしょうか？ 「ベルヌーイの定理」について学びましょう！ |
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