高速時の空気抵抗による物体の姿勢変動について

質問

物体が大気中を移動しているとき、
空気抵抗によって物体は最も空気抵抗の多くなる姿勢に変化すると聞いたのですが、

それは何故でしょうか？

回答No.3

funflier · ベストアンサー

＞物体が大気中を移動しているとき、空気抵抗によって物体は最も空気抵抗の
＞多くなる姿勢に変化すると聞いた
どんな例の話か全く解りませんが、こういった法則性は無いと思います。
何処からも支えられない、推進力も持たない物体が空気中を移動するときの姿勢は、
重心と物体各部が受けた抗力（空気抵抗）から発生するモーメントで決まります。

例えば、弓矢の矢・ダーツは射出された姿勢のまま飛んでいきます。明らかに
横倒し状態の方が空気抵抗は大きい筈ですが、そうはなりません。先端が重く
重心が前であり、また後端には矢羽があって空気の流れ（相対風）に対して
先端を進行方向に維持する様な復元モーメントを発生するからです。

動力を切った飛行機、グライダーも同様に前（機首）を先にして飛び、何も
しないと（操舵修正しないと）一番空気抵抗の大きい上下平面形を相対風に
直角にする姿勢になってしまう、ということは事実としてありません。

ここで木材の「板」を考えて、これが均一で出来ているとすれば落下もしくは
横に速度を与えられたとして、現実には回転や揺れを伴って不規則に姿勢を
変えることはあっても、「最も抗力の少ない」面積の小さい端面を先に
することも、「最も抗力の大きい」面積最大の姿勢に自然になることも無い筈
です。これは重心回りの空気抵抗分布が姿勢を変えてもほぼ均等に作用し、
姿勢を変えるモーメントを発生しないからです。
この板の一方の端に「錘」を付ければ矢・ダーツ・グライダーの様に結果的には
抗力の少ない姿勢になって落下または放物運動することになります。

「パラシュート」は「傘」が開いた空気抵抗の最も大きい姿勢で落下しますが、
これは人間という「錘」で重心が低いことによります。人間がいない状態では
布を落とした様になるだけでしょうし、「布」も落としたところで必ず最大
面積に広がって空気抵抗の大きい姿勢になろうとはしない筈です。

雨滴は、イラストでよく描かれる上すぼまりの流線型/涙滴型/流滴型とは
ことなり、球状か下が平らな「まんじゅう」型をしているそうです。
こうした液体はまた別の理論がありそうですが、私は説明出来ません。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%A8%E7%B2%92#.E5.BD.A2.E7.8A.B6

お礼

分かりやすい説明をしていただき有難うございました。

回答No.2

hitokotonusi

落下傘などはそうでしょうね。
これは本来なら空気抵抗が最小になるような形態にむかうところを、拘束をもうけて空気抵抗が最大近くになる形で止まるように設計されている、特別なケースです。
でも力学的には最安定じゃないはずで、落下傘は知りませんがパラグライダーだと着陸直前に失速して墜落とか、ままあるようですね。

回答No.1

Saturn5

違うでしょう。
水滴を見てください。
「流線型」と呼ばれ、空気抵抗の非常に小さい形の１つです。

補足

聞き方が悪かったですね、すいません
立方体や直方体など、流線形の形をしていない物に関して聞きたいのです。