大阪市立科学館研究報告 25, 133 - 136 (2015) 夏休み自由研究「飛ぶもののヒミツをさぐろう」実施報告 宏* 大 倉 概 要 空 気 中 を飛 行 する物 体 には揚 力 が働 く。翼 がある場 合 、大 きな揚 力 が働 くが進 行 方 向 に対 して翼 が どのような向 きであるかが問 題 となる。いろんな飛 ぶものを工 作 し、どのような飛 び方 をしているのかさぐる 教室を実施 したので報 告 する。 １． はじめに につけたらいいか考え、付けてもらった。 飛行機の翼には揚力が生じる。しかしなぜ揚力 たいていの子は小さな羽根を後ろにつけてロケ が生じるのかの説明は易しくない。翼の後縁に沿 ットのようにする。中には少し角度を付けて回転 って空気が流れると渦が生じるからである 1)-3) 、 がかかるように工夫をする子もいる。 な ど と い わ れ て も ピ ン と 来 る 人 は ど れ だ け いるだ ろうか。ここでは揚力は働くものとして、揚力が なぜ発生するかに深入りはしない。 ただ、揚力が働くためには、いわゆる迎え角、 進行方向に対して翼が一定の角度を保っていなけ れば飛び続けることができない。ものを遠くまで 飛ばそうというのがメインテーマだが、今回はど うすれば揚力が働き続けるか、どうすれば翼の角 度を一定に保てるかを隠れたテーマとしていた。 ２． 内 容 2-1)風船ロケッ ト を 飛 ば そ う 飛行機は支えるもののない空中で姿勢を保って しかし、残念ながらどんなに羽根をつけてもそ 飛んでいる。その前段として、ものを遠くまで飛 れだけでは遠くに飛ばないのである。次に帯状に ばすには飛ばすもののバランスが大事であること 切った紙を渡し鉢巻のようにロングバルーンの頭 を知ってもらいために、ロングバルーンを投げて に巻いて飛ばしてもらった。見違えるように飛ぶ 飛ばす実験をこどもたち全員にやってもらった。 ロケットに子どもたちの目が輝いた。 そのままではもちろん飛ばない。では、何かを 実は、風船ロケットは周りの空気から空気抵抗 風船に取り付けて飛ばしてみよう！ということで だけでなくその胴体は揚力を受ける。しかし揚力 こどもたちに考えてもらった。羽根を付けたらい の中心は胴体の中心にないため回転を起こす力の いのではないかというアイデアは自然に出てくる。 モーメントが生じ真っ直ぐ飛ぶ姿勢を保てないの そこで用意していた小さな紙の羽根を渡し、どこ で あ る 。 向きが変わると 空気抵抗が大きくなり失 速し、ふらふらと落下してしまう。 * 大証率科学館 中之島科学研究所 [email protected] さ ら に 後 ろ に 尾翼を付 けた だ け で 前 に オ モ リ が ないと重心はロケットの後ろ寄りになる。すると 大倉 宏 重心と尾翼の距離が縮まり尾翼の風見安定効果も い 気 持 ち も あ っ た のだが 、そこまではできず、面 小さくなってしまう。 白い飛び方をするものがあるということで紹介し オモリを付けることにより、胴体で発生する揚 た。 力 の 中 心 と 重心 が 近 く な り 回 転 を 生 じ さ せ るモー メントが小さくなるとともに、尾翼の風見効果も 大 き く 効 く よ う に な り 、ロ ケ ッ ト は 安 定 し て 飛 ぶ 。 羽根だけで矢尻のない矢は真っ直ぐ飛ばないので ある。 しかし、ここでは難しい解説は抜きに後半の飛 行機作りにつなげるため、飛ぶものはバランスが 取れると飛ぶようになるとだけ説明をした。 2-2)紙皿、紙コ ッ プ を 飛 ば そ う 飛行する板状のものには揚力が働く。しかし飛 行姿勢を安定に保てなければ落下してしまう。紙 皿のようなものを遠くに飛ばすにはどうしたら良 いか考えてもらった。 2-3)飛 行 リ ン グ ペットボトルを輪切りにしたものを多数用意し、 何人かの子は回転をかけて投げることを提案す オモリとして片方の縁にビニールテープを巻いた る。フリスビーを知っている子もいる。たしかに も の を 工 作 し た。アメフ トのクォーターバックが 少しは飛ぶようになるのだがまだ安定はしない。 投げるボールのように回転を掛けて投げると良く 紙皿の外周を重くすると慣性能率が大きくなり、 飛ぶ。 迎え角を保つことができるようになるので安定し て飛ぶようになる。 しかし少々投げにくく、慣れないとどこに飛ぶ か 分 か ら な い 。 程度丈夫 なものをと思い、ペット 単に外周を大きくするのではなしに、写真のよ ボトルを使ったのだが、大勢同時に投げてもらう うにスカートにするとさらによい。おそらく空力 こ と は で き な か っ た 。 紙 でも同じようなものが作 的な効果なのだろうが理由は良く分からない。フ れるので紙でやれば良かった。 リスビーのようなものでドッチボールをするドッ 2-4)紙 飛 行 機 チビ―の円盤もこのような形をしている。 二 宮 康 明 博 士 の設計し たスカイカブⅣを工作し た 。 同 機 は 、 紙の裏がシ ールになっていて、バル サ胴に貼り付けるだけで作ることができる。 紙 皿 の 外 周 に帯 状 の 厚 紙 を ホ チ キ ス で 止め 、さ ら に保護としてスポンジ製のすきまテープを巻い た 。ひ っ く り 返 し て フ リ ス ビ ー の よ う に投 げ る と 紙飛行機は丁寧に作らないと良く飛ばない。左 良く飛ぶ。 右のバランスが取れていることも大事だが、前後 さらに、２つの紙コップの底を貼り合わせたも のバランスが取れていることが大事だ。大人なら のを輪ゴム３～４個をつないだもので飛ばす紙コ 10 分 も か か ら な い の だ が 、大 勢 の 子 ど も で は 数 倍 ップ飛ばしも紹介した。古くからあるデモンスト 時間がかかる。それでも 20 分 程 度 で 作 る こ と が で レーションのようだが、最近では月僧秀弥氏が科 きた。 学の祭典などで紹介している 4) 。流れからすると 多くの実機の重心は、主翼の揚力の中心よりや 少し異質の実験で、実はこれで揚力の説明をした や前になっているが、紙飛行機では後ろに来てい 夏休み自由研究「飛ぶもののヒミツをさぐろう」実施報告 る 5) 。 し か し 、 水 平 尾 翼 で ピ ッ チ ン グ (縦 揺 れ )安 今回はいろいろ盛りだくさんになってしまい、 定性を保っていることには違いはない。やや下向 テ ー マ が ぼ や け てしまっ た感があった。それでも きにそっと投げ落とした時滑空してくれればバラ 飛ぶものネタはこどもに人気があり、多数の参加 ンスが取れているが、ストンと落ちてしまう場合 者があった。また男子が多いのかと思ったが男女 は 、 水 平 尾 翼 の 後 縁 (エ レ ベ ー タ )を 上 げ 、 逆 に 頭 半々くらいの参加であった。 を上げて失速する場合は下げるよう指導した。 外 で 思 い 切 り 投 げ た い と こ ろ だ が (実 は パ チ ン コのような投機器があるのでさらに遠くに飛ばす 参考文 献 1) 松 田 卓 也 「 飛 行 機 は な ぜ 飛 ぶ か ま だ 分 か ら な こ と が で き る )、時 間 が 少 な か っ た の と 収 集 がつか い？？」 なくなる恐れがあったので、家に帰って広いとこ http://jein.jp/jifs/scientific-topics/88 ろ で 飛 ば し て く だ さ い (た だ し 、 他 の 人 や 車 に 注 7-topic49.html 意 )と し た 。 2-5)ブ ー メ ラ ン 飛行体の安定性から話が逸れてしまうのだが、 最 後 に 以 前 ブー メ ラ ン 世 界 チ ャ ン ピ オ ン の 栂井靖 弘氏 6) に監修してもらい製作した紙ブーメランキ 2) 松 田 卓 也 「 飛 行 機 は な ぜ 飛 ぶ の か 」 http://djweb.jp/power/physics/physics_02 .html 3) 鈴木真二「『ベル ヌーイの 定理』説をめぐる論 争 を 解 く (２ )」 ットがあったので、それを作った。室内用のブー http://www.flight.t.u-tokyo.ac.jp/~suzuk メ ラ ン で 3 メー ト ル 程 の 円 を 描 い て 投 げ 手 のとこ i/MSNsuzuki2.pdf ろ に 戻 っ て 来 る 。 こ れ は 旋 回 半 径 が 小 さ い ので、 会場内で投げてもらうことができた。 4) 月 僧 秀 弥 「 飛 ぶ プ ラ コ ッ プ ― マ グ ヌ ス コ ッ プ ―」 http://www.kagakunosaiten.jp/convention/ pdf/2013/012.pdf 5) 鈴 木 真 二 「 紙 飛 行 機 が 飛 ぶ わ け ― 紙 飛 行 機 を 上 手 く 飛 ば す 科 学 (１ )」 http://www.flight.t.u-tokyo.ac.jp/~suzuk i/MSNsuzuki3.pdf 6) 栂 井 靖 弘 「 ブ ー メ ラ ン の 楽 し み 方 」 メ デ ィ ア ジャパン株式会社 サイエンスショーで使う「世界一かんたんブー メラン」も紹介した。こちらは、旋回半径が大き く大勢に投げてもらうことができないので、作り 方を説明し、材料だけ渡してもって帰ってもらっ た。
© Copyright 2024 ExpyDoc
