アインシュタインの飛行機が消えた理由

要約

本記事では、アルバート・アインシュタインが191年に行った飛行機の翼の設計について、飛行の不完全な理論に基づいていたことや欠陥があったことを探求します。また、揚力の概念について、飛行機の翼周りの空気の流れによってどのように生成されるかについても掘り下げます。揚力の長い経路説明や等時間説明の神話を打ち破り、上向きに傾けられた平らな翼でも揚力を生成できることを説明します。さらに、揚力生成の複雑さと、エンジニアがナビエ・ストークス方程式を使用して翼周りの空気の流れをモデル化する方法にも触れます。

欠陥のある飛行機の翼の設計

191年、アルバート・アインシュタインは飛行機の翼の設計を試みましたが、彼の試みは欠陥がありました。飛行の不完全な理論に基づいており、不十分で不正確な説明が今でも出回っています。翼の設計は「猫の背」というニックネームがつけられ、アインシュタインはこれによってより多くの揚力が発生すると信じていました。しかし、1人のテストパイロットは、飛行中に妊娠したアヒルのように揺れたと報告しました。

揚力の概念

空気は流体媒体であり、空気よりも軽い物体はその中で浮力を持ち、重い物体は空中に留まるために上向きの力、つまり揚力が必要です。飛行機の場合、この力は主に翼によって生成されます。翼の曲率が揚力の原因ではなく、翼周りの空気の流れが揚力を生成する原因です。

揚力の長い経路説明の神話を打ち破る

揚力の広く誤った説明の1つは、長い経路説明または等時間説明です。曲がった翼の上を流れる空気分子は、下を流れる空気分子よりも長い距離を移動するという説明です。この説明は徹底的に打ち破られています。翼の上と下を流れる空気分子は再び出会う必要はありません。実際には、上を流れる空気は下を流れる空気よりも翼の後縁に早く到達します。

揚力の生成方法

飛行機の翼が前進すると、翼周りの空気の流れに影響を与えます。薄い空気層が翼の固体表面に付着し、周囲の空気を引っ張ります。空気は翼の輪郭に従って上下の経路に分かれます。上の空気は翼の先端を回りながら遠心加速度を経験し、下を流れる空気よりも速くなります。この速度の増加は、翼の上面の圧力の低下と組み合わさり、翼の上面にさらに多くの空気を引っ張ります。下面を流れる空気は方向と速度の変化が少なく、圧力差が揚力の上向きの力を生み出します。

揚力生成の複雑さ

揚力生成の説明は、この微妙で複雑なプロセスの簡略化された説明にすぎません。翼の表面を流れる空気や、翼の先端で形成される空気渦など、翼周りの空気の流れに影響を与える要因があります。専門家たちは、圧力差が揚力を生成するという点で同意していますが、その生成方法についての説明は異なります。翼の表面での空気の振る舞いを強調する人もいれば、空気が下向きに偏向されることで生じる上向きの力を強調する人もいます。エンジニアは、ナビエ・ストークス方程式と呼ばれる一連の式を使用して、翼周りの空気の流れを正確にモデル化し、揚力が生成される方法を詳細に説明します。

結論

アインシュタインが航空工学に進出してから100年以上が経ちましたが、揚力は依然として混乱する概念として知られています。しかし、揚力がどのように生成されるかを理解することは、効果的な飛行機の翼を設計する上で重要です。流体の物理学が揚力を支配し、すべてが崩壊するような感覚があるかもしれませんが、それは単に飛行機の翼周りの空気の流れの結果にすぎません。