抗力
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この項目では、流体による抗力について説明しています。固体による抗力については「垂直抗力」をご覧ください。
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流体の中にある板の揚力と抗力

抗力(こうりょく、: drag)とは、流体(液体や気体)中を移動する、あるいは流れの中におかれた物体にはたらくの、流れの速度に平行な方向で同じ向きの成分(分力)である。流れの速度方向に垂直な成分は揚力という。

追い風で水面をかき分けて進んでいる帆船は、空気から進行方向の抗力を、それより弱い逆方向の抗力を水から受けている。また、レーシングカー等ではマイナスの揚力でダウンフォースを発生させている。抗力も揚力もケースバイケースで、その方向が字義通りではない場合がある。
数学的表現

抗力は物体の相似比の2乗(あるいは投影面積)に比例する。また、レイノルズ数が小さいときは速度に、大きいときは流体の密度と流速の2乗に比例し[1]、後述する抗力係数 CD を用いて以下のような数式モデルで表されるのが一般的である。このモデルは係数が異なるだけで揚力と同形式である。 D = 1 2 ρ V 2 S C D {\displaystyle D={1 \over 2}\rho V^{2}SC_{\mathrm {D} }}

ここで

D は、発生する抗力

ρ は流体の密度海面高度大気中なら、気温15℃で 1.2250 kg/m3)

V は物体と流体の相対速度

S は物体の代表面積

抗力係数

抗力係数 CD は、抗力を動圧 1 2 ρ V 2 {\displaystyle {1 \over 2}\rho V^{2}} と代表面積 S で無次元化したもので、流れに対する物体の形状迎え角)・流体の粘性・流れの速さ(レイノルズ数)、マッハ数によって変化する。

飛行機等の(よく)の場合、

流れが音速より十分遅いときは、抗力係数は、およそ迎え角の2乗に比例する。

迎え角が失速角以上になると、抗力係数は急激に増加する。

いくつかの単純な形状に対する抗力係数を次の表に示す[2]。球体に対する抗力係数については終端速度を参照のこと。

物体形状抗力係数レイノルズ数
円柱1.2103 - 105
角柱2.0> 104
半円筒(凹)2.3> 104
半円筒(凸)1.2> 104
楕円柱(長径:短径 = 2 : 1)0.6104 - 105
半球(凹)1.33> 104
半球(凸)0.34> 104
円錐(頂角60°)0.51> 104
円錐(頂角30°)0.34> 104

抗力の成分

抗力(ないし抗力係数)を以下のような成分に分けて考えることがある。誘導抗力については、主翼において翼端のある三次元ないしは翼を含む構造物(固定翼機回転翼機など)、あるいはリフティングボディのように、揚力を発生する物体について考える。


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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
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