もし人間が飛べたら？　飛行の物理学を探る

概要

この記事では、物理学の法則に基づいた、人間が飛ぶことの理論的可能性と限界について探究します。飛行と水泳の類似点、大気圧力と温度の影響、そして自由落下や衝突に伴うリスクについて分析します。

イントロダクション

人間は常に飛行のアイデアに魅了されてきました。鳥や飛行機にインスパイアされてきましたが、機械の支援なしで空中を舞う感覚を経験することはできませんでした。しかし、もし人間に道具や機械の支援なしで飛ぶ能力が与えられたらどうなるでしょうか？空気を押しのけて前進するためにどのように動くことができ、この非凡な力の制限は何でしょうか？

どのくらい速く飛べるのか？

現在の最短距離スプリントの世界記録は、およそ27マイル毎時であるため、人間が足で空気を押しのけて前進すれば同様の速度で飛ぶことができると思われます。しかし、ニュートンの第2および第3運動法則によると、力は質量と加速度に比例し、固体物体に押し付ける必要があります。したがって、飛行は走るよりも泳ぐことに似ています。最も速い記録された水泳選手、マイケル・フェルプスは、時速5マイル未満で泳いでいます。これは彼の走る速度よりもかなり遅いです。その理由は、地面とは異なり、水は流体であり、粒子が互いにスライドするため、かなりのエネルギーが失われるためです。

飛行と水泳の比較

空気はより豊富であるため、飛行するには大量の空気を後方に押し出さなければなりません。これにはかなりのエネルギーが必要であり、完璧な動きからわずかでも逸脱すると運動量が失われる可能性があります。宇宙飛行士は、シャトル内でゼロ重力状態でシャトルの周りを引っ張って移動する必要があります。しかし、都市の街路を飛行するには、便利なハンドルがないため、これは実用的な選択肢ではありません。さらに、空気中の粒子は自由に動くため、一定の方向や速度を維持することが難しいです。

大気圧力と温度の影響

理想気体の法則によると、圧力と温度は正の相関関係があります。高度が上がるにつれて空気圧が低下するため、空気は体積が拡大し、冷たい環境が生じます。したがって、雲の上を飛行する場合、低体温症に陥る可能性があります。同様に、急速に上昇しすぎると、身体内の不活性気体が急速に膨張し、深海潜水病、減圧病、またはダイバー病になる可能性があります。これにより、痛み、麻痺、または死亡する可能性があります。