浮力と推力重量比の関係

質問

ある機体の推力重量比が１以上であれば（即ち、同機体の総重量＝重力より、推力の方が大きければ）、垂直飛行可能となりますが、別して、推力でなく、ある物体の重力とは逆方向に作用する浮力を考慮した場合、同物体の総重量などに関係なく、同体の上下面にかかる圧力差があれば、（たとえ、その力が、同物体にかかる重力より小さくても）、同体自体、鉛直・垂直上（反重力上）に上昇・浮上し得るということでしょうか？

何か間違っていれば、即、正して下さい。

回答No.4

foomufoomu

＞ある機体の推力重量比が１以上であれば・・・垂直飛行可能となりますが、
はい、そのとおりです。
「可能」という設定なので、もろもろの状態のうち一つでも「可能」なものが含まれていれば、この文の条件は満たされます。
上に移動しないで浮いているだけの状態（推力重量比＝１）も垂直飛行しているとみなしています。

＞同物体の総重量などに関係なく、同体の上下面にかかる圧力差があれば・・・上昇・浮上し得る？

国語的には、圧力という言葉には、単位面積当たりの力の意味と、受圧面全体の力の両方の意味があります。（ただし物理量としては単位面積あたりの量をさします）
文脈から「受圧面全体の力」であると解釈しますが、

間違いです。
物体の総重量より、同体の上下面にかかる（受圧面全体の）圧力差が大きいとき、上昇します。
たとえば、水の中では、だれでも感じるほどの浮力がありますが、浮力より重量が大きいものは沈みます。

回答No.3

noname#212313

> ある機体の推力重量比が１以上であれば（即ち、同機体の総重量＝重力より、推力の方が大きければ）、垂直飛行可能となりますが、

　そうではないです。確かに加速度は上方に向って正ですが、速度が加速度と一致することは保証されていない。むしろ、反することは普通にある。

　例えば、初速ですね。下方に速度を持っているとき、推力重量比1以上で上方に加速度を与えても、最初は下方に向かう速度を持つ。もちろん、減速していきはするし、地面まで余裕があれば、やがては反転して上昇もできる。

　いつものことですが、条件設定が甘いんですよ。しかし、こんなのは些細なことです。好意的に解釈して上昇する条件を前提に考えるのなら、その通りですよと答えることもできる。

　そうしなかったのは、続く文章がメチャクチャに間違いだからです。読んでみたらデタラメ、非常識もいいところで、だから推力による上昇についても心配せざるを得なかったのです。

> ある物体の重力とは逆方向に作用する浮力を考慮した場合、同物体の総重量などに関係なく、同体の上下面にかかる圧力差があれば、（たとえ、その力が、同物体にかかる重力より小さくても）、同体自体、鉛直・垂直上（反重力上）に上昇・浮上し得るということでしょうか？

　鉄の直方体を水中に入れたとしましょうか。上面と底面は水平に保つとしておきましょう。側面への圧力は無視してよいです。力のかかる方向が水平ですからね。上面と底面だけ考えればよい。

　当然ですが、上面にかかる圧力は底面にかかる圧力より低い。浮力がある。浮力はそういう圧力差による力だから、まあ同じことを言っているわけですが。

　しかし、沈みますよね。浮かせたければ、鉄の直方体を中空にして水より密度を小さくするしかない。水面に置くのなら上部は開放でもいいです。船などは基本的はそのような構造なことはご承知のはず。

　なお、直方体というのは分かりやすくするための便宜で、どんな形の物体であれ、高さの差はあり、高さごとにはなるが上面と底面の圧力差があり、面積的なトータルで浮力は生じる。

　浮力が重量より大きければ浮き、浮力が重量より小さければ沈む（注：単純化のため、表面張力等はとりあえず考えていない）。当たり前ですよね。

　なお、浮力が重力と逆方向に作用するのは当たり前ですので、わざわざ述べなくてもよいです。重力が圧力差を生むのであり、圧力は下に行くほど増大するのですから。こんなところだけ、やけに厳密に述べるのも不可解です。

　さて、なぜ「（中空でない）鉄球は水に沈む」みたいな当たり前のことを勘違いしているのか、よく分かりかねます。密度が水より低い場合を想定したけれど、書き方として不足だったということはありませんよね。なぜなら、

> 同物体の総重量などに関係なく、
> たとえ、その力が、同物体にかかる重力より小さくても
（注：「その力」は文脈上、直前の「圧力差」を指すことは明らか）

と書いておられる。物体にかかる浮力（上向きの力）が物体の重量（下向の力）より小さい場合を想定しているのは明らかです。一応、

> 鉛直・垂直上（反重力上）に上昇・浮上し得るということでしょうか？

と疑問形で書かれてはあるが、

> 何か間違っていれば、即、正して下さい。

とある以上、上昇・浮上し得るということがYesの前提でお尋ねであることは明らかです。

　以上は、内容が不安を覚えるほど間違いではありますが、好意的に解釈してのことだということは、理解しておいてください。圧力とは普通、単位面積当たりの力を言うのであり、もし圧力を字義通りに解釈したら、「圧力（差）だけで分かるわけがない。面積も考慮せよ」と、上記の説明以前に門前払いするところです。しかし、「圧力のトータル（圧力×面積）を考えているかもしれない」という可能性を考慮して、上記のように解説しています。

　何か間違っていたらどころではない。正すとしたら、まず質問者様の常識から正さざるを得ないとすら思えます。少しは考えて質問して頂きたいものです。小学生でも間違わないようなことなんですよ？

　だから間違いだと先に即答しました。もし、中空でない鉄球が水に沈むということが分からないといったことなら、別途質問を立てるといいでしょう。私は回答する気にならないので、この質問で補足などでお尋ねになりませんよう、お願いしておきます。

回答No.2

noname#212313

> 何か間違っていれば、即、正して下さい。

　またもや「即」なんですね？　では即答レベルで簡潔に。

　通しでは間違っています。以上。……ですが、多少詳しくは別途回答しておきます。

回答No.1

kagakusuki

間違っています。

・1以上には1と等しい場合も含まれ、機体が着陸している状態から垂直上昇しようとしても、重量比が丁度1の場合には機体はその場に留まったまま上昇しませんから、垂直飛行が可能となるためには推力重量比が1を超えている必要があります。
　現実的には、下降から上昇に転じる場合や、風などの外乱が加わる場合、気温や気圧の関係でエンジンの出力が低下する場合等々の様々な理由によって推力の余裕が必要となる事が考えられますから、最低でも1の2～3割増しの推力重量比が必要になる事でしょう。

・圧力差が同じであっても圧力が加わる面積が異なれば力の大きさは変わる事からも判る通り、圧力差自体は力ではありません。
　そのため、機体の体積によっては圧力差が小さくとも浮力が大きくなる事もあれば、圧力差が大きくても浮力が小さくなる事もあります。

・当然の事ながら、浮力が、同物体にかかる重力より小さい場合には、物体が浮力のみによって浮き上がる事はありません。