【問1】
北半球と南半球では台風や竜巻の渦の見かけの回転方向は逆である。コリオリは物体の進行方向に対して特定の方向に作用するはずで、北半球南半球にかかわらず渦の回転方向は不変であるべきではないだろうか？本当に回転方向が変わっているのだろうか？
【解答】
解答は「No」である、なぜならばあくまで、コリオリの力は回転座標系における、「見かけの力」だからである。
例えば、赤道を微小断面として地球を円盤と考える。円盤の中心から外側に転がした球は北半球側から見れば、回転座標系では右側、(円盤が透明だとすれば)南半球側(つまり裏)から見ると左側にそれている「ように」見える。つまり、赤道を中心に上下対称にコリオリの力が働いていることになる。だとすれば、北半球では正回転、南半球では負回転をしているということである。
よって、北半球では質点の進行方向に対して直角右向き、南半球では左向きにコリオリの力が働き、中心(低気圧方向)に向かう風が変化させられ、台風の渦が北半球と南半球で逆回転をしているように見える。
【問2】
大型機の水平尾翼は反りの殆ど無い翼形が使われ、揚力の発生は期待されないが、その理由は何であるか？
また、飛行機が背面飛行できる理由を説明せよ。
【解答】
通常、主翼は重心よりも若干後方に取り付けられる。よって、揚力と重心の作用点が一致せず機体にモーメントが発生する。このモーメントとの釣り合いを取るために機体の後方に水平尾翼を設置し、負の揚力を得て、機体の安定を図っているため、反りが殆ど無い。
また、飛行機は空気の流れに対して翼が負の迎え角を持っているとき、正の揚力が発生するために、背面飛行が可能である。
【問3】
流速を上げると抵抗係数が急減する領域が存在する理由は何であるか？
また、ヨットが平均的に見て風上にも航行できる理由を説明せよ。
【解答】
レイノルズ数が上昇すると物体の表面の境界層では、層流剥離ではなく乱流剥離となり(境界層の乱流化)剥離点が後退することで後流乱れ幅が減少し、物体が進むときの抵抗が減少し、つまり抗力係数も減少する。ゴルフボールのディンプルは意図的に乱流境界層を発生させてよく飛ぶようにしている。 ちなみに、この抗力が急減しているエリアをドラッグ・クライシスと呼ぶ。
ヨットは完全に風上方向に進むことはできない。しかし、ジグザグになら、進むことは出来る。風の方向と平行にセイルを立てることで、セイルが翼の役割を果たし、セイルに揚力が生じる。これと、船体が横に流されてしまうのを防ぐキールを用いることで、前方方向に進む推進力を得ている。実際には、風に対して45度の方向に推進できるので、左右45度ずつ方向を変えて、ジグザグに風上方向に進行できる。
多分大体あってるはず。。。
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