凧は空に浮かぶ手作りのオブジェ。自然が引く凧糸の感触。手の届かないところで織り成す微妙なバランス。凧作りの奥深さは人を惹きつけるものがあります。

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凧の揚がる原理 揚力ー2

前回の記事では凧の揚がる原理として、風を受けて(空気が凧の翼面にぶつかって)斜め上に押されると説明しましたが、実際はさらに付け加えなければならないことがあります。

それは、空気の粘性です。

空気はサラッとしていますが、粘り気も持っています。

凧の揚がる原理6 
たとえば、風に対して建物の後ろ側にいたとしても、風は回り込んできます。

前記事の図2のように、飛行機の翼のような流線型の曲面だと気流はその曲面に沿って流れてくれるのも、この粘性があるからです。

では、実際に凧の翼面の風の流れはというと、下の図7のようになります。

 凧の揚がる原理7

図7のように、横から吹いてくる風は、最上端でまっすぐに流れる風と下に流れる風に分かれるのではなく、翼面の上部の風はさかのぼるように上に向かって流れる気流が生じます。

また、翼面を流れる気流は凧の裏面に巻き込まれるように流れていきます。

このように、風を粘性のある流体としてとらえると、前回の記事「揚力ー1」の冒頭で取り上げた、気流によって起こる気圧の差からの揚力が発生することになります。

ここに至って、ベルヌーイの法則やクッタ・ジュコーフスキーの原理というのが使われることになります。

さらに、加えれば、凧に働く力を一つの矢印(ベクトル)でまとめた凧に働く力の合力(斜め上に押し上げる力)は、図7のようになります。

粘性を考えないと、凧に働く力の合力は凧の真ん中を翼面を真後ろに(垂直な方向)に押すようになるのですが(図4)、実際は、力の中心は凧の上部に寄り、力の方向も凧の面に垂直とは限りません。

それで、凧を安定させるために付ける糸目は上が短く、下が長くなるのです。

これまで、凧がなぜ揚がるのか、その原理はヨットや帆船が進むのと同じような風の力というのを大まかなとらえ方としてきました。

そして、さらに実際の現象を説明するために、風を粘性のある流体としてとらえ、気圧の差から生まれる揚力を付け加えるに至ったわけです。

私としては、凧の揚がる原理(揚力)をいきなり航空力学的な飛行機の飛ぶ原理を用いるのではなく、単純に風が物を押す力としてとらえることを切り口とした方が違和感のない説明のように思います。

それで、なぜ凧が揚がるのか、凧の揚がる原理を一口で言えば、「空気がぶつかってきて斜め上に押し上げがられているから。」ということになるわけです。

何を持って凧が揚がる原理と言うのかは、どれが間違いというわけではなく、どれも正しく、ただ観点の差というところでしょうか。

さらに、付け加えなければならないのは、図7で示した風の流れや力(ベクトル)の方向・位置はモデル的に示した物です。

実際は凧の形、骨組みの構造などによって風の流れは複雑に変わってきます。

さらに詳しく示すなら、横から見た平面の図だけでなく、空間に浮かぶ物として立体的にとらえなければならないでしょう。

しかし、ここでは、ただ揚力の発生するメカニズムのみを簡単に説明するに止めることにします。

風が粘性のある流体であることで、揚力は発生し、より複雑な力が凧に加わることになりました。

しかし、この粘性のある流体だからこそ、凧が安定を保つ構造を作ることができるようになります。

これまで、凧の揚がる原理として、凧に働く力(揚力)について説明してきました。

次は、凧の揚がる原理として、安定性(バランス)について説明します。

それは後日の記事にしたいと思います。
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