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飛行機は、なぜ空を飛べるの?

飛行機は、なぜ空を飛べるの?

こたえ:エンジンによる推進力(すいしんりょく)(すす)み、(つばさ)がつくる揚力(ようりょく)()かびます。

(そら)見上(みあ)げて、ぐんぐん(すす)んでいく飛行機(ひこうき)をながめていると、「なぜ、あんなに(おお)きくて(おも)飛行機(ひこうき)()べるんだろう?」と不思議(ふしぎ)になりますね。たとえば、最大(さいだい)800(にん)以上(いじょう)()れるオール2(かい)だての旅客機(りょかくき)「エアバスA380」(Airbus A380)が離陸(りりく)できる(おも)さは最大(さいだい)で560tです1)新幹線(しんかんせん)「E7(けい)」は12(りょう)編成(へんせい)(やく)540t(空席(くうせき)())。つまり、新幹線(しんかんせん)1編成(へんせい)(おな)じくらいの(おも)さのものが時速(じそく)910kmのスピードで(そら)()んでいるのです。

飛行機(ひこうき)(そら)()んでいるとき、機体(きたい)には(おお)きく()けて4つの(ちから)がはたらいています。4つの(ちから)とは、(まえ)(すす)む「推力(すいりょく)」(推進力(すいしんりょく))、(うし)ろへもどそうとする「抗力(こうりょく)」、機体(きたい)をもち()げる「揚力(ようりょく)」、地球(ちきゅう)(した)()()る「重力(じゅうりょく)」です2)抗力(こうりょく)より推力(すいりょく)(おお)きければ(まえ)(すす)み、重力(じゅうりょく)より揚力(ようりょく)(おお)きければ機体(きたい)(そら)()かび()がります。

このうち推力(すいりょく)()()すのが、エンジンやプロペラです。エンジンがプロペラを回転(かいてん)させると、空気(くうき)(うし)ろに()()します。また、ジェットエンジンは(いきお)いよくガスや圧縮(あっしゅく)された空気(くうき)(うし)ろに()()し、その反動(はんどう)利用(りよう)して(まえ)(すす)みます*3)。このように、液体(えきたい)気体(きたい)()()すことで逆方向(ぎゃくほうこう)(すす)むことを「ジェット推進(すいしん)」とよび、飛行機(ひこうき)だけでなくロケットにも利用(りよう)されています。生物(せいぶつ)世界(せかい)では、イカやホタテもジェット推進(すいしん)(すす)みます。

(つぎ)に、揚力(ようりょく)について()てみましょう。揚力(ようりょく)とは、物体(ぶったい)空気(くうき)(みず)(なか)(うご)いたときに、(なが)れる空気(くうき)(みず)から物体(ぶったい)にはたらく(ちから)のうち、進行(しんこう)方向(ほうこう)垂直(すいちょく)(ちから)のことです。前進(ぜんしん)する飛行機(ひこうき)場合(ばあい)揚力(ようりょく)真上(まうえ)()かってはたらくので、重力(じゅうりょく)より(おお)きな揚力(ようりょく)発生(はっせい)すれば機体(きたい)がもち()がることになります。では、飛行機(ひこうき)ではこの揚力(ようりょく)を、どのように発生(はっせい)させているのでしょうか。

揚力(ようりょく)()()すのは、胴体(どうたい)から左右(さゆう)()びた主翼(しゅよく)です。主翼(しゅよく)は、機体(きたい)前進(ぜんしん)すると下面(かめん)(くら)べて上面(じょうめん)空気(くうき)圧力(あつりょく)(ちい)さくなるようにつくられています。このように圧力(あつりょく)()ができると、主翼(しゅよく)圧力(あつりょく)(ちい)さい(ほう)()いよせられて()かびます。これが揚力(ようりょく)正体(しょうたい)です。

主翼(しゅよく)構造(こうぞう)は、飛行機(ひこうき)機種(きしゅ)によってさまざま。その飛行機(ひこうき)()ぶのに必要(ひつよう)揚力(ようりょく)効率(こうりつ)よく()()せるように、設計者(せっけいしゃ)主翼(しゅよく)(かたち)(おお)きさ、角度(かくど)などを工夫(くふう)しています。

ところで、なぜ、主翼(しゅよく)上面(じょうめん)下面(かめん)空気(くうき)圧力(あつりょく)()わるのでしょうか。これについては、いくつかの(かんが)(かた)があります。どれも大学(だいがく)などで(まな)(むずか)しい内容(ないよう)なので、まずは「主翼(しゅよく)上面(じょうめん)空気(くうき)圧力(あつりょく)下面(かめん)より(ひく)くなると、主翼(しゅよく)(うえ)方向(ほうこう)()いよせられる」と(おぼ)えておきましょう。

前進(ぜんしん)する飛行機(ひこうき)では、揚力(ようりょく)上向(うわむ)きにはたらきますが、下向(したむ)きにはたらく揚力(ようりょく)もあります。高速(こうそく)(はし)るレーシングカーに上向(うわむ)きの揚力(ようりょく)がはたらくと、車体(しゃたい)不安定(ふあんてい)になり、スリップしたり横転(おうてん)したりする危険性(きけんせい)(たか)まります。そこで、飛行機(ひこうき)(つばさ)(さか)さまにしたような(かたち)部品(ぶひん)「ウイング」などを利用(りよう)して下向(したむ)きの揚力(ようりょく)(ダウンフォース)を発生(はっせい)させ、車体(しゃたい)地面(じめん)におし()けます。これによって、安定(あんてい)した操縦(そうじゅう)可能(かのう)になるのです。

* このように、物体(ぶったい)Aが物体(ぶったい)Bに(ちから)(くわ)えると、同時(どうじ)物体(ぶったい)Bから(おな)(おお)きさで逆向(ぎゃくむ)きの(ちから)()けるという原理(げんり)を「作用(さよう)反作用(はんさよう)法則(ほうそく)」といいます。これについては、中学校(ちゅうがっこう)(まな)びます。

記事(きじ)公開(こうかい):2021(ねん)10(がつ)

参考(さんこう)資料(しりょう)

1)全日空(ぜんにっくう)「エアバス A380-800(388)」:

https://www.ana.co.jp/ja/jp/international/departure/inflight/seatmap/detail/a380.html

2)『キッズぺディアアドバンス なぞ()きビジュアル百科(ひゃっか) 航空機(こうくうき)のひみつ』.2016(ねん).小学館(しょうがくかん)

3)石綿(いしわた)良三(りょうぞう),根本(ねもと)光正(みつまさ)/(ちょ),日本(にほん)機械(きかい)学会(がっかい)/(へん)(なが)れのふしぎ (あそ)んでわかる流体(りゅうたい)力学(りきがく)のABC』.2004(ねん).講談社(こうだんしゃ)

監修者(かんしゅうしゃ)大山(おおやま)光晴(みつはる)

1957(ねん)東京都(とうきょうと)()まれ。東京(とうきょう)工業(こうぎょう)大学(だいがく)大学院(だいがくいん)修士(しゅうし)課程(かてい)修了(しゅうりょう)高等(こうとう)学校(がっこう)物理(ぶつり)教諭(きょうゆ)千葉県(ちばけん)教育(きょういく)委員会(いいんかい)指導(しどう)主事(しゅじ)千葉(ちば)県立(けんりつ)長生(ちょうせい)高等(こうとう)学校(がっこう)校長(こうちょう)(など)()て、現在(げんざい)秀明大学(しゅうめいだいがく)学校(がっこう)教師(きょうし)学部(がくぶ)教授(きょうじゅ)として「理数(りすう)探究(たんきゅう)」や「総合的(そうごうてき)学習(がくしゅう)時間(じかん)」の指導(しどう)方法(ほうほう)について講義(こうぎ)演習(えんしゅう)担当(たんとう)している。科学(かがく)実験(じっけん)教室(きょうしつ)やテレビの実験(じっけん)番組等(ばんぐみなど)への出演(しゅつえん)多数(たすう)千葉市(ちばし)科学館(かがくかん)プロジェクト・アドバイザー、日本(にほん)物理(ぶつり)教育(きょういく)学会(がっかい)常務(じょうむ)理事(りじ)日本(にほん)科学(かがく)教育(きょういく)学会(がっかい)(およ)日本(にほん)理科(りか)教育(きょういく)学会(がっかい)会員(かいいん)月刊(げっかん)理科(りか)教育(きょういく)編集(へんしゅう)委員(いいん)(など)(つと)める。

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