翼型の揚力：翼上のベルヌーイの原理

1 · 予測

翼型の曲がった上面では、下面より空気が速く流れる。ベルヌーイの原理によれば、どちらの面の圧力が低いか？それは翼に何を意味するか？

• 上面の圧力が低くなり、正味の上向きの力（揚力）が生じる。
• 下面の圧力が低くなり、翼を下へ押す。
• 両面の圧力は等しいため、正味の力はない。

2 · 準備

1. fluid-wing プリセットを開き、「リセット」を押す。空気は翼型の断面上を流れる。上面側の経路は下面より狭いため、上面で空気は速くなる。
2. 上面の速さと圧力差の表示を有効にする。
3. 各試行の下面と上面の断面積、および入口の空気速度を設定し、上面の速さと圧力差を記録する。

3 · データ収集

3回の試行について、圧力差 ΔP（縦軸）を上面の速度 v₂（横軸）に対してプロットする。

4 · 分析

1. 1回の試行について、連続の式から v₂ = A₁v₁/A₂ を計算し、空気密度 1.225 kg/m³ を用いて ΔP = P_上面 − P_下面 = ½ρ_air(v₁² − v₂²) を計算する。両方を表示値と比較する — 上面を流れる速い空気はそこで圧力が低くなるため ΔP は負になり、これが翼を持ち上げている。
2. 同程度の速度では、ここでの圧力差は fluid-venturi 実験より Pa 単位でかなり小さい。ベルヌーイの式の密度値を使って理由を説明する。

5 · 発展

1. このモデル（連続の式とベルヌーイ）は翼が揚力を生む仕組みの一部を説明するが、実際の空気力学的揚力は迎え角にも大きく依存し、翼の上下の空気の粒子が後縁に同時に到達する必要はない。揚力について単純な「等しい通過時間」の説明が誤解を招く理由は何か？
2. 高高度では空気密度が下がる。ΔP = ½ρ_air(v₁² − v₂²) を使って、海面と同じ揚力を生むために翼が薄い高高度の空気中をより速く動く必要がある理由を説明する。

この実験の物理

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