飛行機の揚力と重力の釣合い

質問

飛行機が直進運動をしているとき、揚力と重力は釣合っていると考えていい
のでしょうか？それとも、水平飛行は釣合っていて、降下中は揚力が小さく、上昇中は逆に揚力は大きいのでしょうか？水平飛行や降下中は釣合って
いるような気がするのですが、上昇中はなんとなく違うような気がします。
でも釣合っていないなら、直進ではなく、上昇率が変化するようにも思います。よくわからなくなってしまいました。

回答No.3

Yosha · ベストアンサー

>重力より揚力が大きいから上に上がるということではなく、釣合っていると考えていいのでしょうか？

「釣合う」ということは、「等速水平直進飛行」に限ったことなのでしょうか？　定常旋回中は釣り合いが取れていないのでしょうか？

例えば、ゆるい坂を自転車で下っていたら、速度が一定になりました。　このときこの自転車にかかる力は釣り合っていないのでしょうか？
グライダーが一定の速度で降下しているとき、釣り合いは取れていないのでしょうか？
雨滴は途中から等速運動をします。　重力と抗力が釣り合っているからなのに、落下しているということで釣り合っていないといえますか。
重力と揚力が等しいときだけ釣り合いが取れているとしたら、　飛行機もグライダーも、自転車も動かせませんね。

上にあげたすべての例は、釣り合いが取れています。（条件設定が必要ですが）

状態が変化しないのは、それにかかるすべての力の「合力」が “ゼロ” であるからです。　つまりそれが釣り合っているということです。　釣り合うことと等しいこととは別のことです。

揚力と重力にのみ目がいって、機体にかかる他の力を考えないで議論すると、深みにはまります。

>重力より揚力が大きいから上に上がるということではなく、釣合っていると考えていいのでしょうか？

「重力より揚力が大きいから」でなく、推力と揚力の合力と、重力と抗力の合力が、大きさが等しくて、向きが正反対であるとき釣り合っている、つまりすべての力の和が“ゼロ” であるから釣り合っているといえるのです。　ゆえにその状態を維持するわけです。　

飛行機が上昇中するためには、主翼の揚力を何らかの方法で増さねばなりません。　主翼の形状は不変ですので、機首を上げ、主翼の迎え角を増加させてより大きな揚力を得ようとします。　高度も上昇し始めます。　
当然、抗力も増加するので速度が減少します。　速度が減少すると揚力が減少します。　揚力が減少すると降下します。　元の高度に戻っても速度の上昇が少し遅れるので突き抜けます。　速度が上昇して揚力が増加すると上昇を開始します。
この上昇降下を繰り返しをしながら、徐々に元の高度と速度に戻って安定します。　縦の安定と呼んでいます。　Jet旅客機では得られる推力曲線と抗力曲線の関係から安定し難いので、テスト飛行でこのチェックもします。

上昇を続けようとすると、抗力(位置のエネルギーも含みます)の増加分、推力を増加させる必要があります。　増加させた水推力と増加した抗力が等しくなったとき、つまり釣り合ったとき一定の上昇を続け（速度と上昇率を維持し）ます。
降下中は、この逆です。

定常旋回中は、方向が変わりますが一定の円を描くので、釣り合っていると考えます。

お礼

わかりやすく書いていくださってどうもありがとうございます。
お世話をかけました。
やっと理解できました。

回答No.2

Yosha

>飛行機が直進運動をしているとき、揚力と重力は釣合っていると考えていい

「釣合っている」というのは、その状態が変化しないということです。

水平直進運動の場合は、その状態が長く続きますが、上昇、降下中は、一時的に釣り合ってると見ることはできますが、位置のエネルギーの変化、大気圧の変化(→エンジンの出力の変化、揚力の変化として)などでそのつり合い状態は崩れてきます。

降下中は、エンジンの出力が小さいかゼロですので、大気圧の変化による影響は少なくなります。　
逆に上昇中では出力が大きいので大気圧の減少が大きく影響してきます。　当然、出力が減少すると上昇率も減少します。　いつかはある高度で水平地飛行に移ります。

そのため、あなたのように感じるのだと思います。

上昇降下中でも、何らかの方法で変化に伴う部分を補うことができれば、つり合い状態は続きます。

補足

どうもありがとうございます。確認させていただけますか？
物分かりが悪くてすみません。

>釣合っている」というのは、その状態が変化しないということです。

上昇率、前進スピードが変化しない短い期間について考えれば、たとえ上昇
していても、重力より揚力が大きいから上に上がるということではなく、釣合っていると考えていいのでしょうか？
一定の速度で直進していれば、上昇していようが、降下していようが、機体の重量と、機体を持ち上げようとする力は等しく、釣合っていると。

回答No.1

noname#131426

＞飛行機が直進運動をしているとき、揚力と重力は釣合っていると考えていい
それで良いと思いますよ。
＞降下中は揚力が小さく（重力が大きい）、上昇中は逆に揚力は大きいのでしょうか
それも正しいです。

上昇・降下・旋回など、重力と揚力のバランスを崩すことによって行われます。

＞水平飛行や降下中は釣合っているような気がするのですが
水平飛行については釣り合っていますが、降下は重力が揚力より大きいので高度が落ちていくことです。

補足

エンジンのついていないグライダーが滑空している場合はどうなんでしょうか。直進とはいえ、水平飛行ではなく少しずつ降下している状態なので、やはり釣合ってはいなくて、揚力のほうが小さいと考えていいでしょうか？