にわとりおかんの極上日和        
ダンシとは宇宙人なり!サイエンスマニアの親子日記☆
そーさんの、「身近な科学」。


そーさんは
こどもならではの自由な視点で、
私やサイピアにネタの発展をもたらしてくれる
アイディアマン。

今日は、そんなそーさんが日常の中で見つける
科学のお話です。


帰ってきて、さあ宿題をしようというところ。
学校のプリントを眺めていたそーさんはー



やおら、プリントを鼻にあて。
鼻をかむみたいなスタイルに
なりました。



すると、息を吐き出し始めました。

息を吐くと、
紙がぴたぴたぴたと、
鼻のところで音をたてます。



おもしろそうに、何度もやります。



確かにね。
音が出ておもしろいけど。



えっ



ベルヌーイの定理とは!

そーさんが以前、クラスの出し物でやったやつです。
その時の様子はここ

飛行機の揚力を説明するときにも出てきます。



飛行機の揚力を考えてみます。

空気の流れ(流体)は、ある部分を見た場合に
その入り口と出口では流量が同じにならないと
いけません。

飛行機の翼の下よりも翼の上のほうが
出口までの距離が長い。
ということは、下の部分よりも速く流れないと
出口での流量が同じなりません。
(飛行機の場合、厳密には同量にはならない可能性も
ありますが、今は話を簡単にしておきます)

上の部分のほうが気流が速い、ということは
分子と分子の間隔が下よりもあいている、
ということはつまり気圧が低い。

そして飛行機は、気圧が低いほうにひきつけられて、
上昇する、という仕組みです。



風船だとこう。
新幹線のすれ違いのとき車体が揺れたりするのも
同じ原理です。

ちなみに、これは粘性のある流体で起こる現象。
粘性のないさらさらの流体ではおきません。
空気はある程度の粘性をもっているので、
飛行機の揚力を生み出すのです。



さて、話をもとに戻します。

そーさんが強く息を吐きます。

その部分の両脇から紙を添えているので、
紙の間の空気が外に出ていってしまいます。

つまり、紙と紙の間が減圧されます。

そこで紙が内側にひきつけられ、
紙と紙が、場所によっては紙と顔があたって、
ぴたぴたと音が鳴るのです。

ほほー!!!
よく気がついたねえ!



そういえば、四年生のときも

ゴミ箱とそこから出ている紙切れで、

ベルヌーイの定理を発見していたっけ。


(そのときの様子はここ→四年生のときの発見

こどもって、こういうのを見つけるのがうまい。
大人も顔負けである。

日常の中の、ありふれたことの中に
発見するというのはとても貴重なことだと思う。

そーさん、ワタクシ勉強になります・・・(汗)

と、感動していると、



いつもの脱力そーさんで

オチをつけてくれたりするので

侮れない(滝汗)


しっかり吸いなさい、空気。



このベルヌーイの定理は、
流体力学の中にも出てくるものです。
流体力学というのは奥が深くオモシロいのですが、
学問的にはなかなか難しく、骨の折れるところでも
あります。

でも、そんな難しいことが、実は
日常にありふれた現象として観測できたりするんです!
実際に体感できる現象だというところが
本当に面白く、科学の醍醐味だと思うんですよ。

だから「ベルヌーイの定理」は重宝します☆☆

そーさんが見つけてくれた、身近な科学。
これからも、見つけたら記事にしていこうと思います!


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【2017/01/15 00:00】 | そーさんの身近な科学 | トラックバック(0) | コメント(4) |
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コメント
おかんさん

キチンとベルヌーイの定理を勉強したことが無いのですが、子供の頃から疑問のままなことが有るので、聞いてもらえませんか?

翼の上と下に別れた流れが合流する時には、上下の流速が同じでなければならない根本的・物理的理由が見当りません。

上下の流れは、合流時には流速が異なるから乱流が発生擦るはずで、それは翼を壊さない程度の設計がなされている、とおもってます。

空気が粘るから、翼の形状に沿って流れる。

膨らみの大きな翼の上に沿えば、空気の分子は遠心力を受けて、速く流れる。

空気は弾性が有るから、速く流れるほど、それだけ延ばされ、密度が低くなる。

そして、翼の上下の圧力差が発生するから、翼は圧力の低い方へ移動する。

ここでは、空気が粘弾性流体であること、遠心力による密度低下が起きること、が圧力差の原因と考えたわけです。

柔らかいお餅の端っこを持って、グルグル振り回すと、お餅は伸びて隙間が増えるのと似た感じでしょうか?

無理っぽい「合流時の流速が同じ」定理を使わなくても理解できますよね!

果たして、どうなんだとお思いでしょうか?

【2017/01/15 08:42】 URL | やす #XSag7DMU[ 編集]
やすさん

コメントありがとうございます!
流体力学はややこしく、ランダウリフシッツの「流体力学」も持ってはいますが、美しいままで・・・
いかに勉強してないかが分かりますが(笑)

私もやすさんと同じように、
粘性のある流体はおもちのようなイメージを持っております。

空気が動いていない二点を両端としてとらえたとき、(閉じた系として)
そのなかで経路の変化があったときどうなるかということですよね。

おもちを両手にもって、
その間に何かの型を当てた場合、
その型にそうようにもちはのびる、そういうイメージです。
伸びるのだから、分子間の距離は伸び、
全体としてはスカスカになる、という感じですね。
それが空気である場合には気圧が下がる、ということになるかと思います。

輪ゴムだったとしたら、
輪ゴムの両端を指でつまんだ状態で何かにはめたとき、
その形にそうようにごむは伸びる、という感じです。

ここでいう型が、たとえば飛行機の翼であったり、そーさんが息を吐く軌跡であったりになるかと思いますが、そのような外的要因がない場所の状態、つまり手にもったおもちや輪ゴムの両端は分子のスカスカ度は同じ状態であるのが自然だな、と思います。

外的な要因で流体の状態が変わり始める距離というか、両端がどこからになるのかは
流体の粘性度によるのかなあ、とぼんやり思ったり。

でもでも、私が直感的にそうとらえているだけで、私なんかの考えではすごいトンチンカンな話になっているかも・・・・

すごい大きな間違いしていたらすみません!

飛行機の揚力については、閉じた系として
厳密には流量が同量にはならないようですよ。
簡単のために説明ではそうしているようです。
実際には、やすさんがおっしゃるとおり乱流も発生していると思います。

飛行機の翼の後方少し離れたところでは
流量が同量になっているのかもしれないですが・・・(^-^)
【2017/01/15 11:06】 URL | にわとりおかん #QVmBk27Y[ 編集]
おかんさん

空気の塊に中に、飛行機が突っ込んでゆくイメージだと、閉じた系なんだろうと分かる気がします。

空気の粘性が無ければ、翼が突っ込んでゆくと、空気は「ハイ、さいなら」
と、ばっさりと分かれてくでしょうから、揚力なんて発生しないだろうと想像できますね。

空気が翼にまとわりつくから飛べるわけで、例えばアルゴンの粘度は大気のだいたい倍なので、アルゴンの大気中だと、飛行機の翼の形状は違ってくるかも知れませんね...オモシロソウ
【2017/01/16 18:22】 URL | やす (Krtyski) #XSag7DMU[ 編集]
あっ!そうそう、そんなイメージでいました!
(動かないでいた空気の塊の中に、飛行機の翼がつっこむイメージ)
説明のために簡単にするとそんなイメージなのですが、でも実際はジェット気流があったり、
天候のコンディションがあったりするので
厳密には閉じた系にはならず、乱流も発生すると思うので、流体力学・航空力学のすごさを感じますね。
それでも飛行機は飛び、翼は壊れないんですもんねー。
(計算式が難しそうです!)

粘性がまったくない流体だったら、
流体が吹き飛ばされてしまった空間に
なにごともなかったかのように
さーっと他の場所の流体が流れ込むだけなので、
「なにも起こってへんで。元あったままやん。
見た目変わってへんやろ?揚力?
なんやそれ。」
ということになるんですよね(^^;;;

粘り気(粘性度があるから、
→【もっていかれる】、
→【もっていかれたところはスカスカ】
→【もっていかれたところに他から穴埋めするには多少ねばつくので時間がかかる】
というイメージがわけば上々かなあという気がします。

小学生のこどもたちや、もっと小さな子たちには
難しすぎるのでサイピアでは「粘性」のことは話さず
「空気圧が下がって」という旨の説明にしていますが、
よく考えたら高学年くらいなら
この程度の説明ならしたほうがわかるのかなあとも思っています。

やすさんが最後の書いた内容。
オモシロいです!
空気の中を飛ぶ飛行機と、
他の気体の中を同じように飛ばせるとしたら
翼の形は変わりますよね!!!!!

誰かそんな研究した人いないのかな~
母校で誰か研究してそうな気もしますね(^^;;;
【2017/01/16 20:24】 URL | にわとりおかん #QVmBk27Y[ 編集]
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